4.3.2. Разновидности магнитно-импульсной обработки

На рис. 4.9 приведены наиболее типичные схемы разрядных контуров установок для магнитно-импульсной обработки материалов.

Рис. 14.9. Разновидности магнитно-импульсной обработки

Наиболее простые из них  первые две, в которых обрабатываемая заготовка 3 включается последовательно в цепь разряда, состоящую из заряженного конденсатора С и разрядника Р. В установке, схема которой показана на рис.13.9,а электродинамические силы создаются за счет взаимодействия тока в 3 с магнитным полем, созданным током в обратном проводе, проложенном в непосредственной близости от 3. Заготовка или отдельные ее участки движутся в направлении действия электродинамических сил, показанных стрелками. В зависимости от задачи обработки за 3 размещается матрица той или иной формы. Аналогично осуществляются и другие операции магнитно-импульсной обработки. В этом случае вместо 3 включается подвижная мембрана, передающая импульсное давление на предмет обработки или в упругую среду.

Операции обжима заготовок из проводящего материала (формообразование, сборка, прессование материалов внутри заготовки и т.д.) наиболее просто осуществляются на установках, схема которых соответствует показанной на рис.4.9,б. Обратный токопровод выполняется обычно в виде трубки и вместе с 3 образует коаксиальную малоиндуктивную систему. Основным недостатком этого способа обработки являются трудности получения требуемых больших разрядных токов, что связано со сложностями конструктивного выполнения источника тока, и обеспечения контакта токопроводящих проводников с заготовкой.

В установках с индукторами И (рис.4.9,в) в значительной степени облегчается решение этих проблем. Так, многовитковый индуктор И вместе с 3 образует понижающий трансформатор, и суммарный ток, протекающий по 3, может во много раз превышать ток первичной цепи.

С помощью индукторов И осуществляются операции обжима и раздачи (формообразование, сборка, вырубка отверстий, сварка и т.д.) в соответствии со схемами рис.4.9,в-е (последняя служит для обработки плоских заготовок). При обработке заготовок с малыми размерами используются концентраторы К магнитного потока (рис.4.9,д), представляющие собой массивные детали сложной формы из хорошо проводящего и механически прочного материала. Концентратор имеет не показанную на рис.4.9,д узкую аксиальную щель и представляет собой незамкнутый виток. Вместе с многовитковым намотанным на него индуктором концентратор образует понижающий трансформатор, а вместе с заготовкой  трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к единице. Металл стенок щели концентратора выполняет функции проводов, соединяющих оба трансформатора.

Электрические схемы замещения разрядных установок, используемые для расчетов переходных процессов, приведены на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Схемы замещения разрядных цепей установок с пропусканием

тока через заготовку (а) с индуктором (б) и концентратором (в)

В них входят внутренние индуктивность и активное сопротивление установок L_у и R_у, индуктивности и активные сопротивления заготовок L_з и R_з. При использовании индукторов необходимо учитывать их индуктивности L_и и активные сопротивления R_и, а также взаимную индуктивность M_и,з (рис.4.10,б). Наиболее сложной является схема замещения разрядной цепи с концентратором (рис.4.10,в). В нее кроме упомянутых элементов входят взаимные индуктивности индуктор-концентратор M_и,к и концентратор-заготовка М_к,з, а также активное сопротивление концентратора R_к, индуктивности участков концентратора, граничащих с обмоткой L_и,к, с заготовкой L_к,з и в щели L_к.

Все эти схемы приводятся к одной, состоящей из последовательно соединенных конденсатора С, заряженного до напряжения U, суммарных индуктивности L и активного сопротивления R.

Разрядный ток в магнитно-импульсных установках имеет колебательный характер. Нелинейности элементов R и L обычно слабо сказываются на форме тока, поэтому он может быть найден из решения переходного процесса для линейной цепи:

, (4.10)

где .

Электродинамические силы в простейших случаях (например, для установок, показанных на рис.13.10,а,б и имеющих схему замещения, приведенную на рис.13.10,а) находятся по уравнению

(4.11)

Аналогично можно рассчитать электродинамические силы, действующие на заготовку, при использовании индукторов или концентраторов. Для этого необходимо определить ток в заготовке, что нетрудно сделать при заданном токе разряда i и известных параметрах схем рис. 4.10,б,в.