Магнитно-импульсная обработка материалов

В лаборатории кафедры ТЭВН МЭИ рассмотрена одна из лабораторных работ: магнитно-импульсная обработка материалов.

Установка состоит из осциллографа, конденсатора, источника напряжения, а рабочая часть находится под защитным колпаком. Две клеммы, одну из которых замыкают на источнике, а вторую заземляют, между двумя клеммами находится пластина.

Берется диэлектрик в виде бумаги, ложится на пластину. Дальше берется заготовка из проводящего материала и также помещается между клеммами. Все закрепляется. В итоге получаем следующее, к одной из клемм подводится напряжение, дальше по заготовке ток идет к другой клемме. Так как между пластиной и заготовкой проложен диэлектрик, то ток по клемме возвращается в обратную сторону, течет по пластине и дальше уходит в приемник, где ток разряжается. То есть ток течет в двух направлениях, и поэтому проводники будут отталкиваться. А так как нижняя пластина жестко закреплена, все усилия будут приложены на верхнюю пластину (она пойдет вверх).

На производстве это используется при изготовлении прокатных листов.

Магнитно-импульсная обработка металлов (МИОМ) основывается на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенках обрабатываемой детали при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля и самим магнитным потоком. При этом электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую, и импульс давления магнитного поля действует непосредственно на заготовку, без участия какой-либо передающей среды.

Итак, простым языком это можно описать как способ изменения формы хорошо проводящего электрический ток материала с помощью периодического кратковременного воздействия магнитного поля, ориентированного согласно требуемой формы изделия. Собственно, именно форма магнитного поля и его направленность и являются основным направлением работы исследователей в данной области.

Разберемся с теми операциями, которые можно выполнять с помощью МИОМ. Прежде всего, это формообразующие (гибка, скручивание) и разделительные операции (разрубка, вырубка и просечка). Эта технология также позволяет осуществлять сборку трубчатых конструкций, соединять металлические детали с композиционными материалами, керамикой, стеклом, пластмассой. Примером могут послужить знакомые всем «пробки» на квартирных распределительных щитах, которые также могут собираться по этому методу.

На базе этих операций осуществимы следующие схемы работ: обжим, раздача и плоская штамповка и производные от этих операций, к которым можно отнести, например, сварку разнородных материалов давлением. Иногда ее называют диффузионной сваркой.

Например, необходимо соединить алюминиевые и медные трубки малого диаметра. В этом случае заготовка с помощью импульсного магнитного поля приобретает очень высокие скорости деформации, и поверхности алюминия и меди при высокой скорости соударяются. Происходит хорошая диффузия атомов алюминия в медь или наоборот, и соответственно, получается качественное сварное соединение.

При обжиме деталь располагается внутри индикатора, а внутри детали располагается матрица. Это, в основном, операции сборки.

Примером сборочных операций может служить сборка кабельных наконечников с многожильными проводами. При этом трубка кабельного наконечника подвергается сильному воздействию магнитного поля. Происходит сильное сжатие. Более того, при высоких скоростях происходит даже приваривание отдельных проволочек многожильного провода к внутренней поверхности кабельного наконечника.

При раздаче индукторы располагаются внутри заготовки, а матрица - снаружи. Типичные операции - формирование всевозможных рельефов детали, кольцевые соединения.

При плоской штамповке заготовка ускоряется и соударяется с матрицей. При этом матрица может иметь довольно сложную форму. Может происходить выштамповывание отверстий сложного контура и выдавливание сложного профиля в плоской заготовке.

Что характерно, именно при плоской штамповке максимально реализуется возможность упрощения технологической оснастки благодаря тому, что отсутствует пуансон, роль которого выполняет индуктор. Впрочем, немаловажен и факт технологической гибкости магнитно-импульсных установок - и если говорить, например, о холодной штамповке, то технологические операции, меняя величину электромагнитного импульса, можно осуществлять на заготовках различной толщины и материалах очень широкого диапазона (как на цветных металлах, так и на черных). Одним и тем же индуктором можно формовать также детали различных конфигураций, изменяя только матрицу.