UA121620U

UA121620U - DEVICE OF INDUCTIVE-INDUCTOR SYSTEM WITH SCREEN

Info

Publication number: UA121620U
Application number: UAU201706253U
Authority: UA
Inventors: Юрій Вікторович Батигін; Євген Олександрович Чаплигін; Олег Сергійович Сабокар
Original assignee: Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет; Юрій Вікторович Батигін; Євген Олександрович Чаплигін
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2017-12-11

Abstract

Пристрій індукційно-індукторної системи з екраном, що притягає, являє собою джерело зовнішнього електромагнітного поля і слугує інструментом для силової магнітно-імпульсної обробки листових металів. Силовий індуктор виконано з мідної шини у вигляді спіралі Архімеда прямокутної форми. При цьому внутрішнє вікно спіралі, за лінійними розмірами, перевищує найбільший характерний розмір зони силового впливу металу, що обробляється.The device of the inductive-inductor system with the attracting screen is a source of external electromagnetic field and serves as a tool for power magnetic pulse processing of sheet metals. The power inductor is made of copper bus in the form of a rectangular Archimedes spiral. In this case, the inner window of the spiral, in linear dimensions, exceeds the largest characteristic size of the zone of force action of the metal being processed.

Description

Пристрій індукційно-індукторної системи з екраном, що притягає, належить до пристроїв генерації магнітних полів великої довжини хвилі зі спеціальною просторовою конфігурацією та технічним виконанням структури самого пристрою з метою виконання магнітно-імпульсної силової обробки шарів листових металів шляхом отримання відповідних сил тиску на метал.The device of the induction-inductor system with an attracting screen belongs to the devices for generating long-wavelength magnetic fields with a special spatial configuration and technical execution of the structure of the device itself in order to perform magnetic-pulse power processing of sheet metal layers by obtaining the appropriate pressure forces on the metal.

Відомі пристрої силової безконтактної обробки листових металів для зовнішнього видалення нерівностей металу, область якого не зазнала розтягування, (описано у патентах 05 Мо 4986102 та 005 Мо 3703958). У конструкції покладено принцип двочастотного режиму роботи інструментів.There are well-known devices for power non-contact processing of sheet metals for the external removal of metal irregularities, the area of which has not undergone stretching (described in patents 05 Mo 4986102 and 005 Mo 3703958). The design is based on the principle of two-frequency mode of operation of the tools.

Тому силовий індуктор передбачає наявність двох пар силових виводів живлення від генератора імпульсів струму або саме джерело імпульсів струму може мати два незалежних електричних розрядних контра. Фізично операція зовнішнього видалення нерівності реалізується наступним чином. Спочатку постійним або низькочастотним струмом силового індуктора генерується магнітне поле, яке повністю проникає крізь метал зони обробки елемента. Потім, після спрацювання відповідних комутуючих систем джерела імпульсів струму, генерується струм, поле якого компенсує існуюче до цього поле, що утворює поле з напруженістю, близькою до нуля, між інструментом та зоною об'єкта обробки, в свою чергу, поле, яке проникло за метал, збагачується гармоніками високої частоти і починає створювати сили зворотного поверхневого тиску. Після досягнення критичного рівня тиску область металу в робочій зоні інструмента вирівнюється.Therefore, the power inductor assumes the presence of two pairs of power outputs from the current pulse generator or the current pulse source itself can have two independent electric discharge counters. Physically, the external inequality removal operation is implemented as follows. First, the constant or low-frequency current of the power inductor generates a magnetic field that completely penetrates the metal of the processing area of the element. Then, after the operation of the corresponding switching systems of the current pulse source, a current is generated, the field of which compensates for the previously existing field, which forms a field with an intensity close to zero between the tool and the area of the processing object, in turn, the field that penetrated behind metal, is enriched with high-frequency harmonics and begins to create forces of reverse surface pressure. After reaching the critical pressure level, the metal area in the working area of the tool is leveled.

Аналогічним чином працює пристрій, що реалізує спосіб, описаний автором (Шнеерсон Г.А.A device that implements the method described by the author (Shneerson G.A.) works in a similar way.

Поля и переходнье процессьі в аппаратуре сверхсильньїх токов. - Л. Знергоиздат, 1981. - 199 сі, який включає генерацію повільно наростаючого магнітного поля з різким обривом при досягненні критичного рівня напруженості. Відповідне збагачення поля гармоніками високої частоти за екрануючим шаром металу індукує у металі струми, які нівелюють поле до екрана і перешкоджають зменшенню поля за екраном. Тиск поля, що утворюється, направлений на притягання металу до інструмента.Fields and transient processes in the apparatus of ultra-strong currents. - L. Znergoizdat, 1981. - 199 si, which includes the generation of a slowly increasing magnetic field with a sharp break when the critical level of tension is reached. Appropriate enrichment of the field with high-frequency harmonics behind the shielding metal layer induces currents in the metal that level the field to the screen and prevent the field from decreasing behind the screen. The pressure of the resulting field is aimed at attracting the metal to the tool.

До недоліків таких пристроїв магнітно-імпульсного притягання металів можна віднести: - великі розміри як інструмента, так і джерела його живлення; - складність виготовлення конструкції; - підвищена небезпека під час виконання операції через високу напругу живленняThe disadvantages of such devices for magnetic-impulse attraction of metals include: - large dimensions of both the tool and its power source; - the complexity of manufacturing the structure; - increased danger during operation due to high power supply voltage

Зо високочастотного режиму роботу.From the high-frequency mode of operation.

Альтернативним, за своєю фізичною суттю, є пристрій для виконання операцій силової обробки металів тиском зовнішнього магнітного поля з застосуванням індукторної системи, в якій індуктор виконують у вигляді циліндричного витка з внутрішнім отвором у вигляді зрізаного конуса, де металеву заготівку розміщують на торцевій поверхні індуктора, з боку більшої основи зрізаного конуса. Індуктор виконано у вигляді вторинної обмотки плоского спіралеподібного імпульсного трансформатора струму - пристрою, що погоджує, при цьому первинна обмотка імпульсного трансформатора виконана у вигляді плоскої спіралі, на якій через діелектричну прокладку розміщено вторинну обмотку у вигляді циліндричного витка з внутрішнім отвором у формі зрізаного конуса. Більш докладний опис методики та конструкцій основних вузлів пристроїв для рихтування можна знайти в описі патенту України Мо 101413 від 10.09.2015 "Комплекс зовнішнього магнітно-імпульсного рихтування".An alternative, in its physical essence, is a device for performing operations of power processing of metals by the pressure of an external magnetic field using an inductor system, in which the inductor is made in the form of a cylindrical coil with an internal hole in the form of a truncated cone, where the metal blank is placed on the end surface of the inductor, with side of the larger base of the truncated cone. The inductor is made in the form of a secondary winding of a flat spiral impulse current transformer - a matching device, while the primary winding of the impulse transformer is made in the form of a flat spiral, on which a secondary winding in the form of a cylindrical turn with an internal hole in the form of a truncated cone is placed through a dielectric spacer. A more detailed description of the methodology and constructions of the main units of straightening devices can be found in the description of the patent of Ukraine Mo 101413 dated 09.10.2015 "Complex of external magnetic pulse straightening".

До переваг магнітно-імпульсної обробки можна віднести швидкодію, безконтактне рихтування поверхонь, можливість багаторазового рихтування, загальну простоту операції.The advantages of magnetic pulse processing include speed, non-contact leveling of surfaces, the possibility of multiple leveling, and the general simplicity of the operation.

Основним недоліком способу магнітно-їімпульсної обробки металевих заготівок методом притягання до індуктора є те, що при роботі погоджувального пристрою первина обмотка відходить від вторинної внаслідок збудження електродинамічних зусиль, що значно зменшує електромагнітний зв'язок між первинною та вторинною обмотками і, як наслідок - зменшується ефективність магнітно-імпульсної обробки металевих об'єктів в цілому, а також знижується ККД.The main disadvantage of the method of magnetic-impulse processing of metal blanks by the method of attraction to the inductor is that during the operation of the matching device, the primary winding moves away from the secondary due to the excitation of electrodynamic forces, which significantly reduces the electromagnetic connection between the primary and secondary windings and, as a result, decreases the efficiency magnetic-pulse processing of metal objects in general, and the efficiency also decreases.

Найбільш близьким, за своєю технічною суттю, до запропонованого авторами пристрою є пристрій, який реалізує спосіб магнітно-імпульсної обробки поверхонь кузовних елементів, докладне описання якого наведено у патенті України Мо 104509 від 10.02.2016, бюл. Мо 3.The closest, in its technical essence, to the device proposed by the authors is a device that implements the method of magnetic pulse treatment of the surfaces of body elements, a detailed description of which is given in the patent of Ukraine Mo 104509 dated 10.02.2016, bull. Mo 3.

Принцип його дії базується на створенні співнаправлених індукованих струмів екрана, що притягає, та області листового металу, який підлягає притяганню. Відповідно до розробки, такий спосіб може бути реалізованим при виконанні певних частотним режимів генерації електромагнітних полів.The principle of its operation is based on the creation of co-directional induced currents of the attracting screen and the area of the sheet metal to be attracted. According to the development, this method can be implemented when performing certain frequency modes of electromagnetic field generation.

До його основних недоліків належить: - віддаленість ліній концентрації максимуму поверхневого тиску; - нульове значення сил тиску в радіальному центрі - робочій зоні інструмента;Its main disadvantages include: - remoteness of concentration lines of maximum surface pressure; - zero value of pressure forces in the radial center - the working zone of the tool;

- неможливість отримання симетричного розподілення сил поверхневого тиску у разі переносу робочої зони інструмента на лінію максимума сил через радіальну асиметрію, зумовлену власне конструкцією.- the impossibility of obtaining a symmetrical distribution of surface pressure forces in case of transferring the working zone of the tool to the line of maximum forces due to radial asymmetry caused by the design itself.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення конструкції інструмента для магнітно-імпульсної обробки металів з метою досягнення максимальних сил тиску в локальному центрі нерівності металу, виключення асиметричності розподілення сил тиску і, як наслідок, підвищення загальної ефективності роботи інструмента.The useful model is based on the task of improving the design of the tool for magnetic pulse processing of metals with the aim of achieving maximum pressure forces in the local center of metal unevenness, eliminating asymmetric distribution of pressure forces and, as a result, increasing the overall efficiency of the tool.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій індукційно-індукторної системи з екраном, що притягає, який являє собою джерело зовнішнього електромагнітного поля і слугує інструментом для силової магнітно-імпульсної обробки листових металів, відповідно до корисної моделі, включає встановлення силового індуктора, виконаного з мідної шини у вигляді спіралі Архімеда прямокутної форми, причому внутрішнє вікно спіралі, за лінійними розмірами, перевищує найбільший характерний розмір зони силового впливу металу, що обробляється, силовий індуктор розташовується над екрануючою поверхнею, виконаною з немагнітного металу з низькою електропровідністю, а робоча зона пристрою розташовується під однією з плоскостей спіралі силового індуктора.The task is solved due to the fact that the device of the induction-inductor system with an attracting screen, which is a source of an external electromagnetic field and serves as a tool for power magnetic-pulse processing of sheet metals, according to a useful model, includes the installation of a power inductor made of copper bus in the form of a rectangular Archimedean spiral, and the internal window of the spiral, in terms of linear dimensions, exceeds the largest characteristic size of the zone of force influence of the metal being processed, the power inductor is located above the shielding surface made of non-magnetic metal with low electrical conductivity, and the working zone of the device is located under one of the planes of the power inductor spiral.

На кресленні зображено принципову схему конструкції пристрою індукційно-індукторної системи з екраном, що притягає, для реалізації способу зовнішнього безконтактного рихтування листових металів, де силовий індуктор 1 розміщено у посадковому місці діелектричного бандажа 2 і має електричні виводи 6, ззовні закривається тонкостінним металевим екраном 3, який є електрично ізольованим з обох боків шаром діелектрика. Конструкція розміщується над об'єктом обробки 4, що має зону силового впливу 5, яка підлягає притяганню.The drawing shows the schematic diagram of the design of the device of the induction-inductor system with an attracting screen for the implementation of the method of external non-contact straightening of sheet metals, where the power inductor 1 is placed in the seat of the dielectric bandage 2 and has electrical terminals 6, it is closed from the outside by a thin-walled metal screen 3, which is electrically isolated on both sides by a dielectric layer. The structure is placed over the processing object 4, which has a zone of force influence 5, which is subject to attraction.

Запропонований пристрій працює наступним чином.The proposed device works as follows.

Конструкцію, яка складається з елементів 1-3 розміщують над тонкостінним листовим металом 4, так, щоб зона силового впливу 5 знаходилась під однією з плоских сторін спіралі силового індуктора 1. Електричні виводи б силового індуктора 1 під'єднують до джерела потужності 7. Під час протікання в індукторі імпульсу струму навколо індуктора генерується електромагнітне поле, яке за умови тонкостінності екрана З проникає крізь його шар без значних втрат амплітуди та зміни фази та остаточно наводиться в металі об'єкта обробки 4,The structure, which consists of elements 1-3, is placed above the thin-walled sheet metal 4, so that the zone of force influence 5 is under one of the flat sides of the spiral of the power inductor 1. The electrical terminals b of the power inductor 1 are connected to the power source 7. During the flow of a current pulse in the inductor generates an electromagnetic field around the inductor, which, provided the screen is thin-walled, penetrates through its layer without significant loss of amplitude and phase change and is finally induced in the metal of the processing object 4,

Зо концентруючи максимум індукованого струму в зоні силового впливу 5.By concentrating the maximum induced current in the zone of force influence 5.

У тому випадку, коли мають місце однаково направлені струми екрана З і об'єкта обробки 4, відбувається їх взаємодія, що описується законом Ампера і утворюється нормальна компонента механічного зусилля притягання об'єкта обробки 4 і екрана 3.In the case when there are equally directed currents of the screen C and the processing object 4, their interaction occurs, which is described by Ampere's law and the normal component of the mechanical force of attraction of the processing object 4 and the screen 3 is formed.

Основною відміною є наявність немагнітного металевого екрана з низькою електропровідністю. Як відомо, ступінь екранування прямо пропорційна кореню з коефіцієнта електропровідності, а отже використання екрана з відносно великим електричним опором дозволить знизити ступінь падіння амплітуди електромагнітного поля, що проникає, тим самим компенсуючи низьку амплітуду струму, індукованого в об'єкті обробки, що виникає за рахунок його віддаленості від основного джерела імпульсного магнітного поля - силового індуктора 1.The main difference is the presence of a non-magnetic metal screen with low electrical conductivity. As is known, the degree of shielding is directly proportional to the root of the electrical conductivity coefficient, and therefore the use of a shield with a relatively high electrical resistance will allow to reduce the degree of drop in the amplitude of the penetrating electromagnetic field, thereby compensating for the low amplitude of the current induced in the processing object, which occurs due to its distance from the main source of the pulsed magnetic field - power inductor 1.

Таким чином досягається зменшення різниці амплітуд індукованих струмів у металі екрана та об'єкта обробки. Отримання близького до нуля значення напруженості магнітного поля в зазорі між екраном і об'єктом обробки, відповідно до їх співнаправлених струмів, дозволяє отримати зовнішній поверхневий тиск на об'єкт обробки з боку магнітного поля, що проникло за шар металу.In this way, a reduction in the difference in the amplitudes of the induced currents in the metal of the screen and the processing object is achieved. Obtaining a near-zero value of the magnetic field strength in the gap between the screen and the processing object, in accordance with their co-directed currents, allows obtaining external surface pressure on the processing object from the side of the magnetic field that penetrated the metal layer.

Подібні, але більші за амплітудою сили утворюються з боку силового індуктора і не є корисними, так як спрямовані на відштовхування екрана.Similar, but larger in amplitude, forces are generated by the power inductor and are not useful, as they are aimed at repelling the screen.

Використання прямокутної форми спіралі силового індуктора зумовлене необхідністю створення області з повздовжньою однорідністю магнітного поля над зоною силового впливу на шар металу. Також, таке рішення дозволяє зсунути локальний центр концентрації індукованих струмів в точку найбільшого заглиблення металу об'єкта обробки.The use of the rectangular shape of the spiral of the power inductor is due to the need to create an area with longitudinal homogeneity of the magnetic field above the zone of force influence on the metal layer. Also, such a solution allows you to shift the local center of concentration of induced currents to the point of the greatest penetration of the metal of the processing object.

Окрім вище зазначеної операції, притягання локальної області шару металу, запропонована конструкція пристрою може бути використана для широкого спектра технологічних операцій, пов'язаних з металообробкою металу.In addition to the above-mentioned operation, attraction of a local area of a metal layer, the proposed design of the device can be used for a wide range of technological operations related to metalworking.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. The device of the induction-inductor system with an attracting screen is a source of an external electromagnetic field and serves as a tool for power magnetic-impulse processing of sheet metals, which is distinguished by the fact that the power inductor is made of a copper bushing in the form of a rectangular Archimedean spiral, and the internal window of the spiral, in terms of linear dimensions, exceeds the largest characteristic size of the zone of force influence of the processed metal.

2. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that the power inductor is located above the shielding surface made of a non-magnetic metal with low electrical conductivity.

3. The device according to claim 1, which differs in that the working area of the device is located under one of the planes of the spiral of the power inductor. и І, tsa 6 ше я урлялалляляци flo m Kya i i | 0000 ШЯ a NU N PIIMILNNNNNNNN M I. A MO M Ya schu Ya y ED x MKK KK KK KAK, -x PO M me san i sh mm zho te KI ino m ami g ya Y ee TK KAK KAK KN Ku Ak nu Nv Ko o a KVT I ON - y