Влияние формы спирали индуктора на процесс обжима трубчатых заготовок

 

На базе разработанной в разделе 2 математической модели была проведена оценка эффективности конструкций индукторов для обжима - одновиткового, четырехвиткового цилиндрического, индуктора-концентратора, геометрические характеристики которых приведены на рис. 3.1.

 

а

б в

Рис. 3.1. Геометрические размеры спиралей индукторов:

а – одновиткового цилиндрического; б – цилиндрического (четырехвиткового); в – индуктора - концентратора

 

Принималось, что спираль индуктора изготовлена из стали 65Г имеющей следующие параметры:

Удельное сопротивление, 10-9 Ом м80

Теплоемкость, Дж/ кг К380

Плотность, кг/м38430

Модуль Юнга, ГПа200

Коэффициент Пуассона0, 34

Материал обжимаемой заготовки АМг2М принимался упруго-пластическим с линейным законом упрочнения и имел следующие характеристики::

Удельное сопротивление, 10-9 Ом м 47, 6

Теплоемкость, Дж/ кг К 280

Плотность, кг/м3 2700

Пластический модуль, ГПа 0, 6 

Модуль Юнга, ГПа 80

Коэффициент Пуассона 0, 34

Геометрические размеры обжимаемой заготовки являлись следующими: наружный диаметр 57 мм, толщина 1, 2 мм и высота 38 мм, длина обжимаемого участка 6 мм.

Расчетные схемы процессов обжима индукторами различной геометрии представлены на рис. 3.2, а - 3.2, в, при этом в связи с осесимметричным представлением спирали индуктора в виде набора кольцевых элементов рассматривали половину меридионального сечения индуктора и заготовки.

Предварительные расчеты показали, что сходимость результатов достигается при разбиении заготовки на 1800 тороидальных треугольных конечных элементов с пятью слоями по толщине, а один виток спирали индуктора разбивался не менее чем на 100 элементов.

 

а

б

в

Рис. 3.2. Расчетные схемы процессов обжима индукторов:

а - одновиткового; б - цилиндрического; в - индуктора-концентратора;

1 – заготовка; 2 – индуктор

 

Численные эксперименты проводились для четырех типов установок одинаковой энергоёмкости, с различными напряжениями заряда [48]. Данные о параметрах установок приведены в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1.

Параметры разрядных контуров

Uн, кВ	W, кДж	C, мкФ	L, нГн	fсобст, кГц	R, мОм
0, 77 1, 54 3 7, 44	0, 33 0, 33 0, 33 0, 33	1120 280 72 12	91, 7 114, 7 83, 17 156, 7	15, 923 28, 035 71, 500 117, 000	9, 6 23 34 115

В результате расчетов были получены кривые тока для трех типов индукторов для каждого разрядного контура (рис.3.3 - 3.6).

а	б	в
Рис. 3.3. Графики силы тока для первого разрядного контура при обжиме заготовок индуктором: а – одновитковым; б – цилиндрическим; в – индуктором-концентратором
а	б	в
Рис. 3.4. Графики силы тока для второго разрядного контура при обжиме заготовок индуктором: а – одновитковым; б – цилиндрическим; в – индуктором-концентратором
а	б	в
Рис. 3.5. Графики силы тока для третьего разрядного контура при обжиме заготовок индуктором: а – одновитковым; б – цилиндрическим; в – индуктором-концентратором
а	б	в
Рис. 3.6. Графики силы тока для четвертого разрядного контура при обжиме заготовок индуктором: а – одновитковым; б – цилиндрическим; в – индуктором-концентратором

Обработка кривых тока позволила установить зависимость рабочей частоты разряда от собственной частоты установки (рис. 3.7).

 

Рис. 3.7. Зависимость рабочей частоты разряда от собственной частоты установки при включении в разрядную цепь различных индукторов: 1 – индуктора-концентратора; 2 – цилиндрического четырехвиткового индуктора; 3 – одновиткового индуктора

 

Анализ показал, что наибольшая разность между собственной частотой установки и рабочей частотой разрядного контура наблюдается для четырехвиткового индуктора-концентратора, а наименьшая для одновиткового индуктора. При этом влияние типа индуктора на рабочую частоту разряда наиболее сильно проявляются в диапазоне собственных частот установки выше 60кГц.

В результате расчетов были получены характерные графики распределения радиальной пондеромоторной силы по высоте заготовки для каждого типа индуктора (рис.3.8).

а	б

в

Рис. 3.8. Графики распределения радиальной силы по высоте (Z) алюминиевой заготовки для индуктора: а - одновиткового;

б - четырехвиткового цилиндрического; в - индуктора-концентратора на третьем разрядном контуре

 

На этих графиках кривые Е-Езаг соответствуют радиальной пондеромоторной силе, действующей на внешней поверхности заготовки, Д-Дзаг в среднем сечении заготовки, Г-Гзаг - на внутренней поверхности заготовки (рис.2.2).

Анализ графиков показал, что распределение пондеромоторных сил не равномерно по сечению спирали индуктора. Эта неравномерность обусловлена не только количеством витков и формой спирали индуктора, но и также наличием зазоров между витками. Так максимальное значение пондеромоторных сил, действующих на внешней стороне заготовки находится на середине витка спирали наименьшего внутреннего диаметра одновиткового индуктора, а для цилиндрического четырехвиткового индуктора наибольшее значение пондеромоторных сил реализуется на середине второго и третьего витков спирали индуктора. Указанный характер распределения радиальной составляющей пондеромоторных сил подтверждается формой деформированной заготовки (рис. 3.9).

 

а	б	в

Рис. 3.9. Деформации заготовки при обжиме индукторами: а - одновитковым, б- четырехвитковым цилиндрическим, в – индуктором-концентратором

 

На рис. 3.10 - 3.12 приведены зависимости: максимального значения радиальной составляющей пондеромоторных сил; импульса пондеромоторных сил; а также окружной логарифмической деформации заготовки от собственной частоты разрядного контура установки.

Рис. 3.10. Зависимость максимального значения радиальной составляющей пондеромоторных сил от собственной частоты установки при обжиме алюминиевой заготовки: 1 – индуктор-концентратор; 2 - четырехвитковый цилиндрический индуктор; 3 - одновитковый индуктор

 

Рис. 3.11. Зависимость импульса пондеромоторных сил от собственной частоты установки при обжиме алюминиевой заготовки:

1 – индуктор-концентратор; 2 - четырехвитковый цилиндрический индуктор; 3 - одновитковый индуктор

Рис. 3.12. Зависимость окружной логарифмической деформации от собственной частоты разряда при обжиме алюминиевой заготовки:

1 – индуктор-концентратор; 2 - четырехвитковый цилиндрический индуктор; 3 - одновитковый индуктор

 

Анализ их показал, что максимальное формоизменение алюминиевой заготовки для всех типов индукторов достигается на первом разрядном контуре, для которого максимальные значения радиальной составляющей пондеромоторных сил минимальны, а радиальный импульс их достигает максимального значения. При этом наибольшая окружная логарифмическая деформация наблюдается для индуктора-концентратора.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: