Место магнитно-импульсной обработки в современно машиностроении

С развитием науки и техники все больше увеличиваются требования к технологии машиностроения и методам  изготовления деталей. Привычные методы обработки отходят на задний план. Это приводит к появлению новых, прогрессивных методов обработки, которые позволяют улучшить качество изготавливаемых деталей, упростить технологический процесс и снизить себестоимость. Одним из таких прогрессивных методов является магнитно-импульсная обработка (МИО).

Суть магнитно-импульсной обработки заключается в следующем: на металлическую деталь, размещенную в индукторе, воздействует магнитное поле значительной напряжённости.  При этом в металлической детали возникают вихревые токи, которые взаимодействуя с токами магнитно-импульсной установки, что приводит к возникновению усилий на поверхности металла. Магнитный импульс создает ударную волну, которая приводит в движение кристаллическую решетку дефектного слоя детали. Силовое воздействие в данном случае достаточно эффективно для того, чтобы вызвать структурные изменения, но не достигает пределов упругости и прочности. Так же происходит нагрев участков кристаллической решетки и неоднородностей в структуре металла. В результате происходит упрочнение поверхности металла. При использовании этого метода возможно полное исключение термической обработки из технологического процесса изготовления детали, тем самым значительно снижаются денежные затраты.

Технологические возможности МИО в области улучшения качества материала до конца не изучены, но имеют очень высокие перспективы. В то же время мио достаточно широко применяется в ряде различных технологических операция. Например, такие как штамповка, пробивка отверстий, обжим и раздача труб, резка, сборка, импульсная сварка плоских и полых заготовок из электропроводящих материалов, обработка давлением деталей, заключенных в герметические оболочки из пластмасс или стекла, напрессовка металлических деталей на хрупкие материалы и другие.

Магнитно-импульсная штамповка характерна тем, что давление на деформируемую металлическую заготовку создается непосредственным воздействием импульсного магнитного поля, без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных тел. Это позволяет штамповать детали из полированных и лакированных заготовок без повреждения поверхности, а также деформировать заготовки, заключенные в герметическую пластмассовую оболочку.

Магнитно-импульсная обработка основана на мгновенном разряде электроэнергии, накопленной в конденсаторной батарее, через соответствующий индуктор, являющийся рабочим органом. При этом в цепи индуктора протекает импульс тока, а в окружающем индуктор пространстве возникает импульсное магнитное поле высокой напряженности. Это магнитное поле индуцирует вихревые токи противоположного направления в металлической заготовке, помещенной вблизи индуктора.

При взаимодействии мощного поля индуктора с индуцированным в заготовке током и его магнитным полем возникают электромеханические силы взаимодействия, стремящиеся оттолкнуть заготовку от индуктора и вызывающие ее деформацию.

Преимущества магнитно-импульсной штамповки заключаются в повышении точности штампуемых деталей, в высокой производительности и возможности автоматизации процесса, и ряда других преимуществ.

Целесообразность применения этого способа заключается в получении всевозможных соединений трубчатых деталей между собой и с другими деталями, а также плоских деталей по наружному и внутреннему контуру. Магнитно-импульсным способом можно сваривать практически любые материалы в однородном и разнородном сочетаниях.

Обжим и раздача металлических труб с помощью МИО также является прогрессивным методом обработки. При операции обжима обрабатываемая деталь помещается внутрь индуктора, причем индуктор в поперечном сечении может быть круглым, прямоугольным, овальным и т. д. При раздаче индуктор вводится внутрь обрабатываемой детали, а сама деталь помещается в зажимные технологические приспособления-матрицы, которые могут изготовляться из углеродистой стали или из пластмассы. При сборочных операциях заготовка, подлежащая раздаче, помещается внутрь детали, с которой она должна быть соединена. Примеры штамповки приведены на рисунке 1.

Магнитно-импульсная сварка осуществляется соударением соединяемых поверхностей под действием импульсного поля индуктора и наведенного им тока в заготовках. Для соударения используются силы электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в деталях импульсным магнитным полем и самим магнитным импульсным потоком. Импульсное магнитное поле создается за счет разряда батареи конденсаторов на индуктор. При этом электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую, и импульс давления магнитного поля действует непосредственно на заготовку без участия какой-либо передающей среды.

При разрядке батареи конденсаторов в зазоре между индуктором и заготовкой возникает сильное магнитное поле, индуктирующее в этой заготовке ток. Взаимодействие тока индуктора с индуктированным током в заготовке приводит к возникновению сил отталкивания между индуктором и деталью, вследствие чего деталь с большой скоростью перемещается от индуктора в направлении неподвижной детали. При соударении в зоне контакта развиваются высокие давления и образуется сварное соединение. Схема магнитно-импульсной сварки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема магнитно-импульсной сварки (1- индуктор;   
2 - деталь)