Мощность новой магнито-импульсной установки позволит производить крупногабаритные детали самолетов и вертолетов, которые сейчас изготавливаются на обычном прессе и требуют доводки в ручном режиме. Суммарная запасаемая энергия установки составляет 80 килоджоулей, это будет самая мощная в России промышленная магнитно-импульсная установка.
Технология магнитно-импульсной обработки материалов основана на преобразовании электрической энергии, запасенной в накопителе, в переменное магнитное поле, под воздействием которого происходит пластическая деформация заготовки. У этой технологии широкие возможности - силовое воздействие на заготовку осуществляется дистанционно, без контакта, что позволяет обрабатывать детали, имеющие сложную форму или структуру, полированную или окрашенную поверхность, а также воздействовать на расплавы металлов или заготовки, находящиеся в герметичных контейнерах с вакуумом.
Магнитно-импульсная обработка металлов. Теория
Основными элементами установок для магнитно-импульсной обработка металлов являются: повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, конденсатор или батарея, состоящая из таких конденсаторов, коммутатор и технологический блок.
Технологический блок включает в себя матрицу, выполненную по форме будущей детали, заготовку из хорошо проводящего металла и, непосредственно, сам индуктор. Ветки индуктора обязательно должны быть изолированы друг от друга и от заготовки, чтобы не допустить электрический пробой.
На первом этапе работы происходит накопление энергии в высоковольтном конденсаторе. Относительно низкое переменное сетевое напряжение повышается, при помощи трансформатора до нескольких единиц или десятков киловольт.
Это напряжение выпрямляется при помощи диода и заряжает конденсатор до его рабочего напряжения.
На втором этапе заряженный конденсатор должен разрядится на индуктор. Возникает резонный вопрос - как замкнуть цепь с таким высоким напряжением? Очевидно, что простой выключатель использовать не получится, полупроводниковые ключи тоже сильно ограничены по максимальному напряжению. Для этих целей используется специальное устройство - управляемый разрядник.
Он состоит из пары основных электродов и одного управляющего. Расстояние между основными электродами настраивается таким образом, чтобы выдерживать рабочее напряжение до которого заряжается конденсатор.
Для того чтобы замкнуть силовую цепь установки, при помощи поджигающие устройства, подается небольшой импульс высокого напряжения к управляющему и одному из основных электродов. Между ними возникает небольшая искра которая инициирует пробой промежутка между основными электродами. Возникает проводящий канал, который замыкает разрядный контур и конденсатор разряжается на индуктор.
В момент разряда, по индуктору протекает импульсный ток, десятки или даже сотни килоампер в течение миллионных долей секунды. Благодаря такому короткому времени разряда мгновенная мощность принимать огромные значения. Вокруг витков индуктора возникает переменное магнитное поле высокой напряженности. В заготовке, которая находится в этом поле, в силу закона электромагнитной индукции, возникают вихревые токи. Направления этих токов противоположно току в индукторе.
Как известно, проводники в которой протекают противоположно направленные токи отталкиваются, индуктор остаётся неизменным. Заготовка, отталкиваясь от него, деформируется либо в соответствии с профилем поля либо по форме матрицы или оправки, расположеной с противоположной стороны.
Магнитно-импульсная обработка используется для улучшение физико-механических свойств материала заготовки, ее воздействие направлено на локальный разогрев металла. Действие обработки происходит в местах концентрации напряжений, дефектов кристаллической решетки, наличия сторонних включений и ведет либо к исправлению дефекта, либо его выталкиванию. Техническая сторона обработки состоит в резком включении высокого тока на индукторе, необходимого для развития максимального значения частоты импульса магнитного поля. Энергия для этих целей накапливается в конденсаторах. Магнитно-импульсное улучшение приобрело большую популярность благодаря результативным показателям возрастающего качества выходящей продукции: стойкость обработанного в такой метод режущего инструмента возрастает в полтора - два с половиной раза, стойкость к коррозии растет на 40%, изначальная прочность материала повышается в полтора раза.
Практика. А что сделано в Самаре?
В настоящее время в мире существует лишь три центра компетенций в сфере разработки магнитно-импульсных установок промышленного производства: в России, Германии и Франции. Российский центр представлен Самарским университетом.
Самарский университет разработал и изготовил промышленную магнитно-импульсную установку (МИУ), которую планируется использовать для производства крупногабаритных деталей самолетов и вертолетов.
Как отметил профессор кафедры обработки металлов давлением Самарского университета Владимир Глущенков, МИУ с большей запасаемой энергией в стране, разумеется, существуют, но они не промышленного типа, не предназначены для производства и используются только для научно-исследовательских целей.
Разработанная для новосибирского завода установка по своей структуре состоит из четырех модулей импульсных конденсаторов высокой удельной энергии, зарядного блока c регулируемым напряжением заряда в диапазоне от 1 до 6 кВ и системы управления.
«В чем еще «изюминка» нашей установки – она универсальная. Мы решили сделать интересную вещь – разбить энергетические блоки на секции и сделать внутри автоматическое переключение. Когда для производства каких-то деталей понадобится меньшая энергия, можно отключить несколько секций и установка превратится, например, в МИУ-30 и выдаст 30 килоджоулей», - рассказал главный конструктор МИУ, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории прогрессивных технологических процессов пластического деформирования (НИЛ-41) Самарского университета Ринат Юсупов.
Подобные установки различных модификаций Самарский университет изготавливает и поставляет для предприятий в России и в десять зарубежных стран, в том числе в Китай, США, Швейцарию, Финляндию, и география поставок с каждым годом растет.
