RU221911U1

RU221911U1 - Inductor for magnetic pulse crimping of tubular parts

Info

Publication number: RU221911U1
Application number: RU2022129000U
Authority: RU
Inventors: Ринат Юнусович Юсупов; Дмитрий Геннадьевич Черников; Илья Александрович Пфетцер
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-11-29

Abstract

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для магнитно-импульсного обжима трубчатых деталей в отраслях машиностроения, энергетики и приборостроения. Индуктор содержит обойму с боковыми крышками и помещенную в обойму спиральную рабочую обмотку с изоляцией и токовыводами для соединения с генератором импульсных токов. Обойма выполнена из стали и имеет разомкнутый контур с радиальным вырезом, в котором размещены токовыводы. Боковые крышки выполнены из неэлектропроводного материала и стянуты с обоймой посредством крепежных элементов. В результате обеспечивается повышение ресурса индуктора. 2 ил.

The utility model relates to the field of metal forming and can be used for magnetic pulse crimping of tubular parts in the fields of mechanical engineering, energy and instrument making. The inductor contains a cage with side covers and a spiral working winding placed in the cage with insulation and current leads for connection to a pulse current generator. The cage is made of steel and has an open circuit with a radial cutout in which the current leads are located. The side covers are made of non-conductive material and are fastened to the holder by means of fasteners. As a result, the life of the inductor is increased. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для магнитно-импульсной сборки трубчатых деталей и обжима трубчатых заготовок в отраслях машиностроения, энергетике и приборостроения.The utility model relates to the field of metal forming and can be used for magnetic-pulse assembly of tubular parts and crimping of tubular blanks in the mechanical engineering, energy and instrument making industries.

Для выполнения операций обжима труб используют цилиндрический спиральный индуктор, внутри которого расположена трубчатая заготовка. Известен индуктор для обжима труб, содержащий спираль рабочей обмотки и токовыводы, подключаемые к генератору импульсных токов с емкостным накопителем энергии (И.В. Белый, С.М. Фертик, Л.Т. Хименко «Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов», Харьков, издательское объединение «Виша школа», 1977 г.). Импульсный ток в индукторе наводит вихревые токи в заготовке противоположного направления, при этом возникают электродинамические силы, которые воздействуют на заготовку, деформируя ее и, одновременно, силы действуют на витки обмотки индуктора в радиальном и осевом направлении.To perform pipe crimping operations, a cylindrical spiral inductor is used, inside of which a tubular blank is located. An inductor for crimping pipes is known, containing a spiral of the working winding and current leads connected to a pulse current generator with a capacitive energy storage device (I.V. Bely, S.M. Fertik, L.T. Khimenko “Handbook on magnetic-pulse processing of metals”, Kharkov, publishing association "Visha School", 1977). The pulse current in the inductor induces eddy currents in the workpiece in the opposite direction, and electrodynamic forces arise that act on the workpiece, deforming it and, at the same time, forces act on the turns of the inductor winding in the radial and axial direction.

Витки обмотки изолируют друг от друга, а для обеспечения прочности индуктора на обмотку накладывается бандаж охватывающий витки и торцы обмотки. Бандаж выполняется из стеклоленты, пропитанной эпоксидным компаундом (В.А. Глушенков, «Индукторы для магнитно-импульсной обработки материалов», Самара, издательство Учебная литература», 2013 г.).The turns of the winding are insulated from each other, and to ensure the strength of the inductor, a bandage is applied to the winding, covering the turns and ends of the winding. The bandage is made of glass tape impregnated with an epoxy compound (V.A. Glushenkov, “Inductors for magnetic-pulse processing of materials”, Samara, educational literature publishing house, 2013).

Недостатки такой конструкции индуктора - недолговечность индуктора и спирали обмотки при воздействии импульсных электродинамических сил на обмотку. При многократном использовании постепенно разрушается бандаж, а импульсные токи вызывают нагрев обмотки, покрытой бандажом с низкой теплопроводностью, что приводит к снижению электрической прочности межвитковой изоляции, короткому замыканию обмотки и выходу индуктора из строя.The disadvantages of this inductor design are the fragility of the inductor and the winding spiral when exposed to pulsed electrodynamic forces on the winding. With repeated use, the bandage is gradually destroyed, and pulsed currents cause heating of the winding covered with a bandage with low thermal conductivity, which leads to a decrease in the electrical strength of the interturn insulation, a short circuit of the winding and failure of the inductor.

Наиболее близким к техническому решению является витой индуктор для магнитно-импульсной обработки труб малого диаметра (патент RU164788 U1, МПК B21D 26/14, Бюл. №26, 20.09.2016 г.). Индуктор содержит спираль рабочей обмотки с лакокрасочным покрытием, дополнительную изоляцию на внутреннем и наружном диаметрах обмотки. При этом обмотка помещена в корпус, состоящий из обоймы и боковых дисков, выполненных из металла, обладающего высокой электропроводностью.The closest to the technical solution is a twisted inductor for magnetic-pulse processing of small-diameter pipes (patent RU164788 U1, IPC B21D 26/14, Bulletin No. 26, 09/20/2016). The inductor contains a working winding spiral with a paint coating, additional insulation on the inner and outer diameters of the winding. In this case, the winding is placed in a housing consisting of a cage and side disks made of metal with high electrical conductivity.

При выполнении обоймы и боковых дисков из электропроводного материала, электрически связанных друг с другом, в обойме наводится ток обратный току в спирали рабочей обмотки, который протекает по замкнутому контуру близко к обмотке. Таким образом, спираль рабочей обмотки индуктора воспринимает одновременно электродинамическую силу раздачи от заготовки и силу обжима от обоймы и боковых дисков. В результате обжима трубы спираль рабочей обмотки не деформируется, что сказывается на повышении долговечности индуктора.When the cage and side disks are made of electrically conductive material, electrically connected to each other, a current is induced in the cage that is opposite to the current in the spiral of the working winding, which flows in a closed loop close to the winding. Thus, the spiral of the working winding of the inductor simultaneously perceives the electrodynamic force of expansion from the workpiece and the crimping force from the holder and side disks. As a result of crimping the pipe, the spiral of the working winding is not deformed, which increases the durability of the inductor.

Однако, если обойма будет проводящей, она будет перехватывать часть основного тока, что приведет к увеличению необходимой энергии разряда и снижению эффективности процесса обжима труб.However, if the ferrule is conductive, it will intercept some of the main current, which will increase the required discharge energy and reduce the efficiency of the tube crimping process.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение ресурса индуктора за счет снижения необходимого уровня энергии.The technical result of the proposed technical solution is to increase the service life of the inductor by reducing the required energy level.

Технический результат достигается за счет того, что у индуктора для магнитно-импульсной технологии обжима и сборки трубчатых деталей спираль рабочей обмотки расположена внутри массивной разомкнутой металлической обоймы, имеющей радиальный вырез, через который проходят выводы индуктора, а торцы обоймы снабжены нетокопроводными боковыми крышками, стянутыми вместе с обоймой крепежными элементами.The technical result is achieved due to the fact that the inductor for magnetic-pulse technology of crimping and assembling tubular parts has a working winding spiral located inside a massive open metal cage having a radial cutout through which the inductor leads pass, and the ends of the cage are equipped with non-conductive side covers pulled together with a holder and fasteners.

Сущность технического решения поясняется следующими чертежами:The essence of the technical solution is illustrated by the following drawings:

- на фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого индуктора (сечение А-А);- in fig. 1 shows the design of the proposed inductor (section AA);

- на фиг. 2 изображена конструкция предлагаемого индуктора (сечение Б-Б).- in fig. Figure 2 shows the design of the proposed inductor (section B-B).

Цифрами обозначены позиции индуктора. Буквами обозначены: J1 - ток в витках обмотки, J2 - индуцированный ток в заготовке трубы, J3 - индуцированный ток в обойме, F1 - электродинамическая сила обжима трубы, F2 - электродинамическая сила раздачи от витков обмотки.The numbers indicate the positions of the inductor. The letters indicate: J1 - current in the winding turns, J2 - induced current in the pipe blank, J3 - induced current in the holder, F1 - electrodynamic force of pipe crimping, F2 - electrodynamic expansion force from the winding turns.

Индуктор содержит спираль рабочей обмотки с изоляцией 1, внутри индуктора расположена трубчатая заготовка 2. Обмотка помещена внутрь массивной разомкнутой металлической обоймы 3, имеющей радиальный вырез 4, через который проходят выводы 5 для подключения к генератору импульсных токов (ГИТ, на чертеже не показан). Торцы обоймы снабжены нетокопроводными боковыми крышками 6, стянутыми вместе с обоймой крепежными элементами 7.The inductor contains a working winding spiral with insulation 1, inside the inductor there is a tubular blank 2. The winding is placed inside a massive open metal cage 3, which has a radial cutout 4, through which leads 5 pass for connection to a pulse current generator (PCU, not shown in the drawing). The ends of the cage are equipped with non-conductive side covers 6, fastened together with the clip by fasteners 7.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При разряде ГИТ на индуктор по виткам спиральной обмотки протекает ток J1, который наводит индуцированный круговой ток J2 в заготовке трубы, обратный току спирали J1 (сечение А - А, на фиг. 1). Взаимодействие этих токов, вызывает электродинамические силы F1 обжимающие трубу и силы F2, стремящиеся раздать витки обмотки в радиальном и осевом направлении. Одновременно ток J1 наводит ток J3 по внешнему контуру разомкнутой обоймы 3, который вызывает электродинамические силы обратно направлению силы F2, препятствующие деформации обмотки.When the GIT is discharged onto the inductor, a current J1 flows through the turns of the spiral winding, which induces an induced circular current J2 in the pipe blank, reverse to the spiral current J1 (section A - A, in Fig. 1). The interaction of these currents causes electrodynamic forces F1 compressing the pipe and forces F2 tending to distribute the winding turns in the radial and axial direction. At the same time, current J1 induces current J3 along the outer contour of the open casing 3, which causes electrodynamic forces in the opposite direction to the direction of force F2, preventing deformation of the winding.

В отличие от прототипа, где индуцированный ток в обойме и боковых дисках сосредоточен близко к спирали обмотки по пути с малой индуктивностью, в заявляемом индукторе ток J3 в разомкнутой обойме с вырезом, распределен по внешнему контуру обоймы, всегда меньше по амплитуде и, соответственно, уменьшается запасаемая энергия для деформирования трубы. Кроме того, разомкнутая обойма с вырезом выполняется из материала с низкой электропроводностью (например, из стали), имеющей большее электрическое сопротивление R по сравнению с прототипом, которое увеличивает затухание колебаний тока δ, взаимно связанных трех контуров тока J1…J3.Unlike the prototype, where the induced current in the cage and side disks is concentrated close to the spiral of the winding along a path with low inductance, in the claimed inductor the current J3 in the open cage with a cutout, distributed along the outer contour of the cage, is always smaller in amplitude and, accordingly, decreases stored energy for pipe deformation. In addition, the open clip with a cutout is made of a material with low electrical conductivity (for example, steel), which has a higher electrical resistance R compared to the prototype, which increases the attenuation of current oscillations δ, mutually connected three current circuits J1...J3.

где L_э - эквивалентная индуктивность системы индуктор-заготовка-обойма; R_э - эквивалентное сопротивление трехконтурной системы.where L _e is the equivalent inductance of the inductor-workpiece-holder system; R _e - equivalent resistance of the three-circuit system.

Чем больше значение сопротивления R, тем больше затухание колебаний тока и меньше число полупериодов тока. В работе деформации трубы участвует в основном энергия первого полупериода колебаний разрядного тока, а последующие колебания в работе не участвуют и приводят к нежелательному нагреву обмотки индуктора. Поэтому при увеличении затухания колебаний тока уменьшается число полупериодов тока и нагрев обмотки, что способствует повышению ресурса индукторов.The greater the value of resistance R, the greater the attenuation of current oscillations and the smaller the number of current half-cycles. The work of pipe deformation involves mainly the energy of the first half-cycle of oscillations of the discharge current, and subsequent oscillations do not participate in the work and lead to unwanted heating of the inductor winding. Therefore, with increasing attenuation of current oscillations, the number of current half-cycles and winding heating decreases, which helps to increase the service life of the inductors.

Конструкция стальной разомкнутой обоймы со стянутыми боковыми крышками обладает большой механической прочностью и препятствует деформации обмотки индуктора в радиальном и осевом направлении.The design of a steel open cage with tightened side covers has great mechanical strength and prevents deformation of the inductor winding in the radial and axial direction.

Таким образом, заявленная конструкция индуктора для магнитно-импульсной технологии обжима и сборки трубчатых деталей позволяет снизить воздействие вредных силовых и тепловых факторов на рабочую обмотку индуктора, уменьшить энергозатраты и повысить ресурс работы, увеличивая эффективность процесса.Thus, the declared design of the inductor for magnetic-pulse technology of crimping and assembling tubular parts makes it possible to reduce the impact of harmful power and thermal factors on the working winding of the inductor, reduce energy consumption and increase the service life, increasing the efficiency of the process.

Claims

An inductor for magnetic-pulse crimping of tubular parts, containing a holder with side covers and a spiral working winding placed in the holder with insulation and current leads for connection with a pulse current generator, characterized in that the holder is made of steel and has an open circuit with a radial cutout, in which current leads are placed, and the side covers are made of non-conductive material and are tightened to the holder by means of fasteners.