АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТИМУЛИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Для создания современного механического оборудования требуются новые конструкционные материалы с высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками, которых нельзя достичь традиционными методами. Перспективы развития технологий формоизменения сталей во многом связаны с использованием внешних энергетических воздействий, в частности, мощных токовых импульсов, формируемых генераторами мощных однополярных импульсов тока амплитудой до 10 – 15 кА, частотой воспроизведения до 400 Гц и длительностью импульса до 100 мкс. Недостатками таких генераторов, препятствующими их широкому применению в промышленности, являются низкий КПД и значительное потребление электроэнергии из сети переменного тока, а также невозможность регулирования энергосиловых параметров. В работе приведено описание лишенного вышеуказанных недостатков генератора мощных однополярных импульсов, содержащего зарядное устройство, подключенное к силовым конденсаторам, и тиристорный ключ, разряжающий конденсаторы на низкоомную нагрузку. С целью снижения мощности, потребляемой из сети, в схему генератора введено устройство перезаряда на тиристоре, подключенном встречно-параллельно тиристорному ключу. Для реализации возможности регулирования амплитуды импульса и увеличения его мощности вместо нерегулируемого источника постоянного тока в зарядном устройстве используются два нереверсивных, включенных последовательно и однонаправленно тиристорных преобразователя, которые позволяют получать регулируемое напряжение на силовых конденсаторах. С целью оптимизации процесса заряда конденсаторов выполнена двухконтурная система подчиненного регулирования параметров генератора импульсов с внешним контуром регулирования напряжения и внутренним контуром регулирования тока заряда конденсаторов. Выполнена модель предложенного генератора в среде «Матлаб, Симулинк». Модель адекватна реальному генератору импульсов, используемому в СибГИУ для исследования электростимулированной пластической деформации металлов и сплавов. Разработанная модель позволила улучшить технические характеристики и режимы работы устройства. Преимуществом модернизированного генератора по сравнению с аналогами является значительное снижение мощности, потребляемой из сети, а также возможность регулирования напряжения заряда конденсаторов до 600 В в диапазоне частот воспроизведения импульса до 400 Гц. Генератор можно использовать в промышленных целях, в частности, в прокатном производстве для волочения проволоки из труднодеформируемых сталей.

1. Степанов Г.В., Бабуцкий А.И. Влияние импульсного электрического тока высокой плотности на прочность металлических материалов и напряженно-деформированное состояние элементов конструкций. – Киев: Наукова думка, 2014. – 277 с.

2. Стрижало В.А., Новогрудский Л.С., Воробьев Е.В. Прочность материалов при криогенных температурах с учетом воздействия электромагнитных полей. – Киев: изд. ин-та проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, 2008. – 504 с.

3. Троицкий О.А., Лихтман В.И. Об анизотропии действия электронного и α-облучения на процесс деформации монокристаллов цинка в хрупком состоянии // ДАН СССР. Техническая физика. 1963. Т. 148. № 2. С. 332 – 334.

4. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. No. 11. P. 1063 – 1068.

5. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals // Scripta Metallurgica. 1979. Vol. 13. No. 4. P. 277 – 280.

6. Stepanov G., Babutsky A., Krushka L. Metals behavior under passage of impulse electric current // J. Phys. IV France. 2003. Vol. 110. P. 577 – 582.

7. Sprecher A.F., Mannan S.L., Conrad H. On mechanisms for the electroplastic effect in metals // Acta Metallurgica. 1986. Vol. 34. No. 7. P. 1145 – 1162.

8. Conrad H., Cuo Z., Sprecher A.F. Effect of an electric field on the recovery and recrystallization of Al and Cu // Scripta Metallurgica. 1989. Vol. 23. No. 6. P. 821 – 824.

9. Meyers M. Comments on “The electroplastic effect in Al” // Scripta Metallurgica. 1980. Vol.14. No. 11. P. 1033 – 1034.

10. Varma S., Coruwell L. A reply to comments on the electroplastic effect in Al // Scripta Metallurgica. 1980. Vol. 14. No. 11. P. 1035 – 1036.

11. Кузнецов В.А., Громов В.Е., Перетятько В.Н. Применение генератора мощных импульсов тока при электростимулированном волочении // Промышленная энергетика. 1986. № 10. С. 17 – 19.

12. Кузнецов В.А., Громов В.Е., Симаков В.П. и др. Генератор мощных однополярных импульсов тока // Техническая электродинамика. 1981. № 5. С. 46 – 49.

13. Применение физических полей для обработки металлов / Н.Н. Беклемишев, А.Е. Горский, Б.Н. Журкин и др. Вып. 4. – М.: изд. ЦНИИТЭИ приборостроения, 1981. – 55 с.

14. Беклемишев Н.Н. Установка для исследования процесса деформации проводящих материалов с учетом действия тока высокой плотности // Заводская лаборатория. 1984. Т. 50. № 9. С. 82 – 84.

15. Кузнецов В.А., Громов В.Е. Экономичный тиристорный генератор мощных импульсов тока // Изв. вуз. Электромеханика. 1986. № 6. С. 122 – 124.

16. Жмакин Ю.Д., Романов Д.А., Рыбянец В.А. Экономичный способ регулирования электропотребления с применением генератора мощных токовых импульсов // Промышленная энергетика. 2012. № 4. С. 14 – 16.

17. Жмакин Ю.Д., Загуляев Д.В., Коновалов С.В., Кузнецов В.А. Частотно-регулируемый генератор мощных токовых импульсов с обратной связью по амплитуде // Промышленная энергетика. 2011. № 1. С. 28 – 31.

18. Гагарин А.Ю., Романов Д.А., Жмакин Ю.Д. и др. Использование микропроцессора ПЛК 110-24.30.К-М для автоматизации электровзрывной установки ЭВУ60/10 // Промышленная энергетика. 2014. № 1. С. 38 – 40.

19. Гагарин А.Ю. Модернизация оборудования для изучения электростимулированной пластической деформации. – В кн.: Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: труды Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2016. С. 33 – 36.

20. Электромеханическое упрочнение металлов и сплавов / В.П. Багмутов, С.Н. Паршев, Н.Г. Дудкина и др. – Волгоград: изд. ВолгГТУ, 2016. – 462 с.