Установка для магнитно-импульсной обработки Советский патент 1978 года по МПК B21D26/14 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ меченный недостаток ограничивает технологические возможности указанного устройства. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повьидение экономичности обработки. Указанная цель достигается тем, что в разрядной цепи смонтированы дополнительный токоБЫВОд к нагрузке и два малоиндук- тивных шунта с управляемыми включателями один из которых включен между основным и дополнительным токовыводами, а - между основными токовыводами к нагрузке. Кроме того, в схеме управления вклкЛа- талями смонтированы две линии формирования импульсов напряжения для автоматического замыкания в заданные моменты разряда включателей малоиндуктивных шунтов, входы которых через переключатели связаны с делителем напряжения и интегрирующе цепочкой, питающихся от одного из импульсных конденсаторов батареи. Иа фиг, 1 представлены приндипиальная схема разрядной цепи установки и блок-схема .системы управле1П1я автоматическим вкл чением шунтов во время разряда на фиг. 2 схема включения нагрузки (индуктора) при работе в режиме I (обычный колебательный разряд); на фиг. 3 - схема включения нагрузки при работе в режиме 11 (униполярный разряд с шунтированием нагрузки при нулевом значении разрядного тока) или в режиме 1Y (униполярный разряд с шунтирова нием нагрузки при максилшльном значении разрядного тока); на фиг. 4 - схема включе ния индуктора, содержащего две катушки ин дуктивности, в режиме 111 (обработка заготовок магнитным притяжением к индуктору); н да фи1 5-9 - эпюры, Установка для обработки металлов давле нием содержит зарядное устройство 1 (см. фиг. 1), подключенное к батарее импульсных конденсаторов 2, от которой отходят два основных токовывода 3, 4 к нагруэ ке, например.к индуктору, основной управляемый выключатель 5 мощных импульсных электрических токов, подключенный между токовыводом, например 3, и соответствующим выводом от батареи импульсных конденсаторов, дополнительный токовывод 6 к нагрузке первый малоиндуктивный шунт с управляемым включателем 7, подключенны между дополнительным токовыводом 6 и ооновным токовыводом, например 4, второй малоивдуктивный шунт с управляемым включателем 8, подключенный между основными токовыводами 3 и 4, схему управления циклом заряд-разряд импульсных конденса ,торов на нагрузку (на фиг, не показана). К батарее импульсных коьденсаторов 2 или по крайней мере к одному импульсному конденсатору подключены выполненный на резисторах 9 и 10 делитель напряжения и и 1тегрирующая цепочка, содержащая конденсатор 11 и резистор 12. Выходы интегрирующей цепочки и делителя напряжения через переключатели 13, 14 и диоды 15 и 16 подключены к двум иаентичным по конструкции линиям формирования импульсов напряжения, которые содержат блоки 17 и 18, предназначенные для вьщачи кратковременных импульсов напряжения в требуемые моменты разряда (например, в моменты перехода через нулевые значения разрядного тока или падения напряжения на батарее конденсаторов 2), и блоки 19, 20 подготовки инициирующих импульсов напря-9 жения, Выходь блоков 19 и 20 подключены соответственно к включателям щунтов 7 и 8. Блоки 17 и 18 состоят из входного усилителя, дифференцирующей цепочки, одновибратора и выходного усилителя, котфые могут быть собраны, например из элементов логики I, Блоки 18 и .20 содержат управляемый диод, импульсный конденсатор и: импульсный трансформатор. Токовыводы соединены с катушками инаукторами 21, 22, 23. В качестве управляемых включателей мощных импульсных токов могут служить воздушные разрядники, игнитроны и т. д. Ма- лоиндуктивными шунтами могут .ть непосредственно токопроводы, выполненные из металлических шин или коаксиальных кабелей. Работает установка следующим образом. При разряде батареи конденсаторов 2 на нагрузку, подключенную к выводам 3 и 4 установки, в разрядной цепи протекает знакопеременный колебательный ток tJ . Характер его изменения в первом приближении может быть описан экспоненциально затухающей синусоидой (см, фиг, 5), Аналогично, но со -сдйигом примерно на четверть периода колебаний изменяется падение напряжения и 2 (см. фиг, 6) на импульсных конденсаторах 2 батареи. Одновременно с током 3 (см, фиг, 5) и пропорционально ему изменяется напряжение и ., снимаемое с конденсатора 11 интегрирующей цепочки, а напряжение U Q (см. фиг, 6)снимаемое с резистора 10 делителя напряжения установки-изменяется пропорционально падению напряжения ХГна батарее импульсных конденсаторов. Напряжения II |д и И ц в начале разряда имеют одинаковые знаки, например отряда-.

тельные. Таким образом, в зависимости от положений переклю ателей 13 и 14 на диоды 15 и 16 Мгут поступать знакопер&менные напряжения, пропорциональные или разрядному току (см. фиг. 5), если лереключатели установлены в положение А, или падению напряжения на батарее импульсных конденсаторов установки (см. фиг. 6), если переключатели установлены в положение Б.

Диод 15 1фопускает отрицательные и от- о секает положительные V импульсы натфяження. Зпюры напряжений . поступаемых на вход блока 17 с конденсатора 11 интегрируюшей цепочки, показаны на фиг. 5 в, а с резистора 10 делителя напряжения - наis

фиг. бв. В моменты перехода отрицательных импульсов напряжений If)(| через нулевые значения блок 17 вырабатывает кратковременные импульсы напряжений U |7 (см. фиг, 5г н 6г), которые в блоке jl9 преобра-20 зуются в инициирующие импульсы высоковольтного напряжения (см. . 5д и Вд).

Диод 16 отсекает отрицательные и прсь пускает полс ительные импульсы напряже- 25 НИИ II{0 или И ц. Эпюры напряжений yigr поступаемых на вход блока 18 с конденсатора 11 интегрирующей цепочки, показаны на фиг« 5е, а с резистфа 10 делителя напряжения - на фнг. бе. 30

В моменты перехода положительных импульсов /напряжений через нулевые значения блок 16 вырабатывает кратковременные импульсы напряженийIJt {g. (см. фиг. 5ж и 35 6ж). которые блоком 20 преобразуются в инициирующие импульсы высоковольтного напр(жения (см. фиг. 5з и 6з). Импульсы высоковольтного напряжения 1119 преднаэначены для замыкания включателя щунга 7,

а импульсы вьюоковольтного напряжения If j.для замыкания включателя шунта 8,

Меняя положения переключателей 13 и 14 можно осуществить следующие основные че- 45 тыре режима работы магнитно-импульсной установки:

Режим I. Переключатели 13, 14 (фиг. 1) установлены в нейтральном положении, т. е. ° входы блоков 17, 18 отключены. Индуктор 21 (см. фиг. 2) с обрабатываемой заготоькой (на фиг. не показана) подключен к токовыводам 3, 4., При таких условиях установка предназначена для обработки заготовок магнитным отталкиванием с помощью колебательных разрядов энергии конденсаторов на систему индуктор-заготовка. Шунты 778 во время разряда к нагрузке не подключаются.

Режим II. предназначен для обработки заготовок магнитным отталкиванием с помощью униполярных разрядов конденсаторов на сиогему индуктор-заготовка, получаемых путем закорачивания индуктора при переходе разрядного тока в нем через нулевое значение и последующего за этим закорач1шания всей батарей конденсаторов при падейии напряжения на ней до нуля. С этой целью дополнительный токовывод 6 (см. (Jwr. 1, 3) подключается к основному токовыводу 3, а индуктор 21 (с обрабатываемой загото&кой) - к основным токовыводам 3 и 4. Переключатель 13 устанавливается в положение А, а переключатель 14 - в положение Б (фиг, 1). В течение первого полупериода разряда на блок 17 через переключатель 13 и диод ЗеконденсатораД интегрирующей цепочки поступают отрицательные импульсы напряжения Ф 7J значёния которого пропорциональны разрядному .в индукторе. Со второй четверти периода разряда на блок 18 через переключатель 14 и диод .16 срезистора 10 делителя напряжения поступают положительные импульсы натфяженияи х фиг. 7) , значения которого пропорциональны падению 1юпряжения 13 ji батарее импульсных конденсаторов установки. При переходе разрядного тока в индукторе и нащэяженияИ у-через нулевые значения блоки 17 и 19 вырабатывают кратковременный импульс инициирующего напряжения 1/ (см. фиг. 7), который осуществляет замыкание включателя щунта 7. В результате шунтирования индуктора и резкого снижения индуктивности разрядной цепи перезаряженная к этому моменту батарея конденсаторов с бс лее высокой скоростью чем в начале разряда, разряжается на сопротивление шунта 7 Токи в индукторе при этом пренебрежимо малы, поскольку полное сопротивление индуктор значительно вьш1е полного сопротивления шунта.

По достижении амплитудного .значения разрядного тока в шунте 7 и соответственно нулевого значения напряжения на батарее конденсаторов 2 блоки 18 и 2О вырабатывают кратковременный импульс инициирующего напряжения 13 2о( ) который осуществляет замыкание включателя шунта 8. Если сопротивление шунта 8 достаточно мало по сравнению с сопротивлением шунта 7, то перезарядки батареи конденсаторов 2 не происходит, а энергия шунта 7 разряжается на собственные сопротивления шунтов 7 п 8 Таким образом, в этом режиме удается сокртить число колебаний разрядного тока как в индукторе, так и в батарее импульсш 1Х конденсаторов, благодаря чему расширяются возможности повышения стойкости указанных элементов разрядной цепи, а следовательно и снижение затрат, связан 1ых с их износOMi Режим Ш предназначен для обработки заготовок магнитным притяжением к индуктор С этой целью индуктор, содержащий по крайней мере две последовательно соединенные катушки индуктивности 22 к 23 (см. фиг. 4 подключается к основным токовыводам 3 и 4, а сбщая точка катушек - к допопннтел ному токовыводу 6 установки. Переключатели 13, 14 (см. фиг. 1) устанавливается в положение Б. В течение первой четве{Ли разряда батареи конденсаторов на катушки 22, 23 индуктора одновременно на блок 17 через переключатель 13 и диод 15 с реэис тора 1О делителя напряжения поступает импульс напряженияUaw .-у ( 8) значения которого пропорциональны паденшо иапряжеВИЯ Ил на батарее импульсных конденсато ров установки. По дсжтижении амплитудного значения разрядного тока tJ -Jjii в катушках индуктора и соотвественно нулевого зиаче ния напряжения И на батарее конденсаторов установки и напряжения Tj. блоки 17 .и 19 вырабатывают кратковременный HJV пульс инициирующего напряжения TJ | , который замыкает выключатель шунта 7. При этом катушка 23 шунтируется, а катушка 22 через шунт 7, минуя катушку 23, подключается к батарее конденсаторов 2. Предполагается, что полное (комплексное) сопро тивление шунта 7 значительно меньше, -чем сопротивления каждой из катушек 22 и 23 индуктора. При таком условии можно, пренебрегая перераспределением энергии катушками,, считать, что катушка 23 разряжается на свое собственное сопротив- ление и на сопротивление шунта 7, а катуш ка 22 перезаряжает в обратной полярности батарею конденсаторов 2, после чего батарея конденсаторов 2 снова разряжается на катушку 22 Благодаря резкому уменьшению индуктивности разрядной цепи спад тока в катушке 22 происходит с большей скоростью по сравнению с той скоростью спада, котора бы имела место при Исключении шунтирования катушки 23, На этом этапе разряда, на блок 18 через переключатель 14 и диод 16 поступает положительный импульс напряжения tJ-ax in значения которого пропорциональны падению напряжения V-j на батарее конденсаторов 2 установки. При переходе напряжений 13 кМ череэ нулевое значение, а разрядного тока в катушке 22 соответственно через амплитудное значениё блоки 18 и 20 вырабатывалэт кратковременный импульс инициирующего напряжения . фиг. 8), который замыкает включатель шунта 8, В результате этого шунтируется катушка 23 нндуктс а. Энергия, накопленная .в катушке 23, разряжается на собственное сопротивпение этой катушки и на сопротивления шунтов 7 и В. Переразрядки батареи конденсатс ов 2 не происходит. Токи sLj 3 катушках 22 и 23 индуктора экспоненциально затухают. Так как их направления взаймопротйвопалои ны, то суммарное магнитное поле в зоне обработки заготовки представляет собой разность магнитных полей катушек индуктора. Значения напряженности суммарного магничч ного поля экспоненциально уменьшаются до нуля, Таким образом, в описанном режиме разряда установка позволяет исключить колебания магнитного поля в зоне обработки после его спада до минимального абсолютного значения и, тем самым, исключить возможность брака, связанного с появлением значительных отталкивающих заготовку от индуктора давлений магнитного поля, спосЬЗ-. ных обжать заготовку после ее раздачи. Режим 1У предназначен для обработки заготовок магнитным отталкиванием от эле&трода с использованием контактных спос&бов обработки, при которых разрядный ток пропускается в прямом направлении непосредственно через Ьбрабать1ваёмую| заготовку, а в обратном - по специальному Электроду, расположенному вблизи заготовки. С целью повьш1ения стойкости импульсных конденсатор ров через систему aneKTpO t-3aroTOBKa пропускается униполярный импульс разрядного тока, который получается путем шунтиро вания системы электрод- аготовкапри максимальном амплитудном значении разрядного тока. С этой целью система электрод-заготовка подключается к основным токовыводам3, 4 установки, а ее дополнительный токовьтод 6 подключается к осно&ному токовьшоду 3, .1Г1ереключатепь 13 устанавливается в положение В , а переключу, тель 14 - в нейтральное положение, Шунти-ч, рование системы зиектрод-заготовка npt исходит Таким же образом, как и описанное вьшде шунтирование катушки 23 в режиме Ш работы установки. Соответствующие этому режиму эпюры разрядного тока Эл. напряжений U2lI,j JJt|j пpивeдeны на фиг. 9. Так как в момент шунтирования напряжение на батарее импульсных конденсаторов установки равно нулю, то ее перезарядки не происходит. Второй шунт в этом режиме не работает. Накопленная в системе электрод-заготовка энергия разряжается на собственное сопротивление этой системы. Поскольку амплитудные значения разрядного тока и обуслов ленного им магнитного давления, а также величина импульса магнитного давления в результате шунтирования системы не снижагются, то КПД процессе деформирования заготовки также не С1шжается. Благодаря иоключению перезарядки улучшаются условия работЫ; повьш ается стойкость импульсных конденсаторов и снижаются расходы, связа иые с их износом. Возможны и другие режимы сэбработки за готовок д левием импульсного магнитного поля на описанной установке, |Осу1дествляемые за счет различных комбинаций положени переключатеяей; 13, 14 и подключений рабочей нагрузки к токовыводам 3, 4 и 6, По, сравнению с серийной магни- р-импульсной установкой модели АШУА ЙО/З от внедрения предлагаемой установки при одном и том же уровне номинальной запасаемой энергии ожидается увеличение эконо мического эффекта в 1,5 раза, что составит в год 45 тыс, руб. Формула изобретения 1, Установка для обработки металлов . давлением импульсного магнитного попЯ| содержащая зарядное устрсйство, батарею ик пульсных конденсаторов, два основных токовывода, к нагрузке, основной включатель мошньй импульсных токов и схему управления, отличаю шаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения экономичности србработки, в разрядной цепи смонтированы допояпител ный токовывод к нагрузке и два малонидуктивных шунта с управляемыми включателями, один из которых включен между IOCHOBным и допопнител1 ным токовыводами, а другсй - между основными токовыводами к нагрузке. 2. Установка по п. 1, отличающ а я с я тем, что в схеме управления включателями смонтированы две линии фдрмирования импульсов напряжении для автоматического замыкания в заданные моменты разряда включателей малоиндуктивных шунтов, входы которых через переключатели связаны с делителем напряжения и интегрирующей цепочкой, питающихся от одного из импульсных конденсаторов батареи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: N9 3426564, кл. 72-56, 1, Патент США 1969. 2. Авторское свидетельство СССР № 262073, кл. В 21 Д 26/04, 1968.

9иг. 1

Uio -h

Чвл.17

4gM.l7

и.

47

Р/7

Ww

%./7

Sx.n /7

t

%

4lS

8х.18

Ж

V20

«e.

«r.W

,2

Фиг. 6