Технические науки/4. Транспорт

К.т.н. Гнатов А.В., Барбашова М.В., Шиндерук С.А.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украина

Анализ процессов в инструменте магнитно-импульсной рихтовки кузовных панелей с листовым алюминием

Постановка проблемы. В принципиальной схеме оборудования для магнитно-импульсной рихтовки так же, как и в любой системе для магнитно-импульсной обработки металлов, по функциональным признакам можно выделить два основных блока. Это источник энергии и индукторная система.

Первый блок – источник энергии – функционально предназначен для накопления электрической энергии и выделения её в индукторную систему. Второй блок – индукторная система – состоит из индуктора – генератора магнитного поля и обрабатываемого листового металла, с поверхности которого удаляется вмятина. Следует отметить, что особенность магнитно-импульсного метода, обеспечивающего силовое воздействие, состоит в том, что действенность индуктора-инструмента необходимо рассматривать только в совокупности с обрабатываемым объектом. Этот факт обусловлен физикой процессов, заложенных в принцип действия метода [1].

Индукторная система представляет собой инструмент магнитно-импульсного метода, функциональное назначение которого состоит в выполнении определённого производственного задания. Поэтому, анализ процессов протекающих в конкретном инструменте представляется весьма интересной и актуальной задачей [2].

Анализ основных достижений и публикаций. Во многих работах рассматривались вопросы, связанные с анализом электродинамических процессов протекающих в инструментах магнитно-импульсных методов обработки металлов [1–4]. Но остается нераскрытым большая часть аспектов данных вопросов, например, характер протекания индуцированных токов в инструментах при изменении электропроводности и магнитной проницаемости листовых металлов. Т.к. от параметров и значений индуцированных токов зависят возбуждаемые усилия, то знание этого вопроса раскрывает возможности для создания эффективных инструментов внешней магнитно-импульсной рихтовки.

Цель настоящего рассмотрения – анализ процессов возбуждения индуцированных токов в индукционной индукторной системе с листовым алюминием – инструменте магнитно-импульсного метода рихтовки.

Возбуждение индуцированных токов

Для анализа электромагнитных процессов примем расчётную модель в цилиндрической системе координат, представленную на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Симметричная индукционная индукторная система: а) расчетная модель в цилиндрической системе координат; б) физическая модель

Не останавливаясь на математических операция по решению уравнений Максвелла, составленных (в соответствии с расчетной моделью, рис. 1,а) для возбуждаемых составляющих вектора электромагнитного поля (Е_φ ≠ 0, Н_r,z ≠ 0,), запишем в окончательном виде линейную плотность токов, индуцированных в экране и заготовке индукционной индукторной системы:

,

где ;

;

;

;

,

характерное время диффузии поля в металл листовой заготовки с удельной электропроводностью и магнитной проницаемостью – .

Вычисления проведем для реальных в практике магнитно-импульсной рихтовки параметров инструмента: м, м, м; экран и обрабатываемый объект: м, металл – образцы из алюминия ( 1 ⁄ (Ом·м) )

Плотность тока в индукторе описывается типичной для магнитно-импульсной обработки металлов временной зависимостью – экспоненциально затухающей синусоидой: , где декремент затухания, круговая или циклическая частота, рабочая частота сигнала.

Графические иллюстрации расчётных зависимостей от безразмерных фазы – j = w× t и радиальной координаты – r/R₂ представлены ниже, рис. 2 – 3.

а) б)

Рис. 2. Линейная плотность индуцированного тока в алюминии

при частоте кГц, а) фазовая зависимость в контуре радиуса ;

б) радиальное распределение для временного максимума

а) б)

Рис. 3. Линейная плотность индуцированного тока в алюминии

при частоте кГц; а) фазовая зависимость в контуре радиуса ;

б) радиальное распределение для временного максимума.

а) б)

Рис. 4. Линейная плотность индуцированного тока в алюминии

при частоте кГц; а) фазовая зависимость в контуре радиуса ; б) радиальное распределение для временного максимума.

Анализ кривых для алюминия на рис. 2. – 4 показывает, что:

- частота ~ 2.0 кГц (рис.2) представляется ещё достаточно высокой, чтобы говорить о малой значимости сил магнитного давления;

- рабочие частоты ~ 0.5 ÷ 0.25 кГц можно уже считать достаточно низкими, чтобы предполагать силы отталкивания алюминиевого листа заданной толщины весьма незначительными, вид кривых фазовой и радиальной зависимостей приближается к виду аналогичных характеристик для немагнитной стали в частотном диапазоне несколько выше ~ 2.0÷3.0 кГц [2].

Для практики создания инструментов магнитно-импульсного притяжения индукционного типа понятие низкой частоты весьма интересно, поскольку даёт представление о временных характеристиках действующих полей, для которых интегральное во времени действие сил Лоренца должно приближаться к нулю. Отталкивание обрабатываемого объекта от индуктора если и будет проявляться, то должно быть весьма незначительным.

Выводы

1. Проведен анализ процессов возбуждения индуцированных токов в индукционной индукторной системе с листовым алюминием – инструменте магнитно-импульсного метода рихтовки.

2. Представлены численные оценки в виде графических зависимостей для линейной плотности индуцированного тока

3. Численные оценки показали, что при частотах 0.5 ÷ 0.25 кГц силы отталкивания алюминиевого листа заданной толщины весьма незначительными, что говорит о превалирующем действии сил притяжения – возбуждаемый усилий рихтовки.

4. Проведенные оценки позволяют задаться оптимальными параметрами индукционных индукторных систем, предназначенных для внешней магнитно-импульсной рихтовки кузовных панелей автомобилей.

Литература

1. Гнатов А. В. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Магнитно-импульсные технологии бесконтактной рихтовки кузовных элементов автомобиля: монография / А. В. Гнатов, Ю. В. Батыгин, Е. А. Чаплыгин. – Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012 – 242 с.

2. Туренко А. Н. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Том 3. Теория и эксперимент притяжения тонкостенных металлов импульсными магнитными полями: монографія / А. Н. Туренко, Ю. В. Батыгин, А. В. Гнатов. – Х. : ХНАДУ, 2009 – 240 с.

3. Гнатов А. В. Универсальный инструмент бесконтактной магнитно-импульсной рихтовки – симметричная индукционная индукторная система / А. В. Гнатов, С. А. Шиндерук, Д. П. Петренко // Вісник НТУ ”ХПІ”. Зб. наук. праць. – 2013. – № 51. – С. 106–116.

4. Электромагнитные процессы в симметричных индукционных системах с идентичными ферромагнитными тонкостенными экраном и листовой заготовкой / Ю. В. Батыгин, А. В. Гнатов, Щ. В. Аргун [и др.] // Електротехніка і електромеханіка. – Х. : НТУ ”ХПІ”.– 2012. – № 4 – С. 50–53.