Совершенствование технологии электромагнитного обжима патрубка с жалюзи системы воздухообмена летательных аппаратов путем численного моделирования

Авторы

Ахмед Солиман М. Э.^*, Курлаев Н. В.^**, Шайдуров С. В.^***

Новосибирский государственный технический университет, проспект К. Маркса, 20, Новосибирск, 630073, Россия

*e-mail: axmed_soliman@corp.nstu.ru
**e-mail: kurlaev@corp.nstu.ru
***e-mail: shajdurov@corp.nstu.ru

Аннотация

Электромагнитный обжим трубы представляет собой высокоскоростной процесс формирования электромагнитных импульсов. Этот процесс можно использовать для соединения металлической трубы с другой трубой и стержнем, а традиционный метод формовки можно частично заменить. Цель исследования – совершенствование технологии электромагнитной формовки патрубка с жалюзи, применительно к трубчатым деталям летательных аппаратов. Основными проблемами являются контроль процесса формовки жалюзи, точная формовка и точное измерение труб большого диаметра. В статье использовался аналитический метод, основанный на электромагнитном взаимодействии между катушкой и трубой. Этот процесс обжима применяется к проводящим материалам, рассматриваемым как заготовки, соответствующие индуктивности катушки, присоединенной к RLC-цепи, и индуктивности трубы. В данной работе была определена теоретическая связь между ЭДС и параметрами процесса, проанализировано влияние на обжим патрубка напряжения разряда и технологических параметров жалюзи. Для подбора идеального зазора между матрицей и заготовкой в операции обжимом давлением импульсного магнитного поля для производства трубы с жалюзи было выполнено несколько расчетов с разными зазорами 1–3 мм. Было установлено, что идеальный зазор должен быть ≤ 1 мм, т. е. первой причиной неравномерности распределения электромагнитной силы по окружному направлению является неудачно выбранный зазор между матрицей и алюминиевой трубой. Можно отметить, что чем больше зазор, тем хуже складываются жалюзи в форму матрицы, так как требуется большее напряжение, а чем меньше зазор, тем они лучше складываются в форму матрицы. Это зависит от количества элементов оболочного тела, которого нужно построить на трубчатой заготовке. Чем меньше было построено жалюзи на трубчатой заготовке, тем деформация более равномерно распределялась по трубе. Также можно отметить, что форма спиральной катушки, количество ее витков и расстояние между витками существенно влияют на распределение электромагнитной силы и равномерность деформации по алюминиевой трубе.

Ключевые слова:

электромагнитный обжим трубы, электродвижущая сила, граничные условия для обжима трубы, эквивалентное напряжение по Мизесу, патрубок с жалюзи, трубчатые детали летательных аппаратов

Библиографический список

1. Хаустов В.М. Индуктор для деформирования трубчатой оболочки импульсами магнитного поля // Динамика систем, механизмов и машин. 2004. № 1. С. 144–146.
2. Лай Д.З. Управление формой импульса давления при электромагнитной штамповке // Автомобиле- и тракторостроение в России. Приоритеты развития и подготовка кадров: Сборник 77-й Международной научно-технической конференции ААИ (27–28 марта 2012; Москва). М.: МГТУ МАМИ, 2012. Книга 6. С. 145–148.
3. Шишкин А.А. Методы предотвращения потери устойчивости при обжиме тонкостенных труб // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением: Сборник трудов к 70-летию кафедры «Технология производства летательных аппаратов». М.: МАТИ, 2010. С. 43–44.
4. Глущенков В.А., Карпухин В.Ф. Технология магнитно-импульсной обработки материалов: Монография. – Самара: Издательский дом «Федоров», 2014. – 208 с.
5. Петров М.А., Матвеев А.Г., Петров П.А., Сапрыкин Б.Ю. Расчет и анализ процессов объемной штамповки с вращающимся инструментом при помощи конечно-элементного моделирования // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 1. С. 226-244. DOI: 10.34759/vst-2022-1-226-244
6. Свирский Ю.А., Баутин А.А., Лукьянчук А.А., Басов В.Н. Приближенный метод решения упругопластической задачи // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 61–70. DOI: 10.34759/vst-2020-2-61-70
7. Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Штамповка анизотропных заготовок. – М.: Машиностроение, 1986. – 133 с.
8. Щеглов Б.А. Пластическое формообразование тонкостенных труб путем локального динамического воздействия // Машиноведение. 1978. № 1. С. 72–79.
9. Самохвалов В.Н. Разработка теории и практических основ процессов штамповки тонкостенных деталей давлением импульсных магнитных полей без применения жесткого формообразующего инструмента: Дисс. докт. техн. наук. – М.: МГАИ (МАИ), 1996. – 284 с.
10. Талалаев А.К., Яковлев С.П., Кухарь В.Д. и др. Магнитно-импульсная штамповка полых цилиндрических заготовок. – Тула: Репроникс Лтд, 1998. - 238 с.
11. Кухарь В.Д, Орлов А.А., Киреева А.Е. Математическая модель электромеханических процессов в индукторе для магнитно-импульсной обработки // Научные основы решения проблем сельскохозяйственного машиностроения: сборник научных трудов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 64–68.
12. Пальчун Е.Н., Проскуряков Н.Е., Архангельская Н.Н. Моделирование процесса обжима импульсным магнитным полем с использованием теории подобия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2008. № 3. С. 205–210.
13. Попов Ю.А. Некоторые особенности расчета процессов, использующих силовое воздействие импульсного магнитного поля // Электрофизические процессы при импульсном разряде: Сборник статей. Чебоксары: ЧГУ, 1977. Вып. 4. С. 84–104.
14. Župan T., Štih Ž., Trkulja B. Fast and precise method for inductance calculation of coaxial circular coils with rectangular cross section using the one-dimensional integration of elementary functions applicable to super conducting magnets // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2014. Vol. 24. No. 2, pp. 81–89. DOI: 10.1109/TASC.2014.2301765
15. Ахмед Солиман М.Э., Курлаев. Н.В. Воздействие магнитно-импульсного давления на формовку-вытяжку листового металла // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2023. № 2. С. 16–20.
16. L’Eplattenier P., Ashcraft C., Ulaca I. An MPP version of the Electromagnetism module in LS-DYNA for 3D Coupled Mechanical-Thermal-Electromagnetic simulation // 4th International Conference on High Speed Forming (9-10 March 2010; Columbus, Ohio, USA). DOI: 10.17877/DE290R-8665
17. Yu H.P., Li F.Z., Li F.C.F. Numerical simulation of coupled fields of electromagnetic forming for tube-compression based on FEM // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2006. Vol. 42. No. 7, pp. 231–234. DOI: 10.3901/JME.2006.07.231
18. Yu H.P., Li C.F., Zhao Z.H. et al. Magnetic pressure in electromagnetic aluminum tube-compression forming // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2003. Vol. 13 (special 1), pp. 165–169.
19. Yang D.Y., Jung D.W., Song I.S. et al. Comparative investigation into implicit, explicit and iterative implicit/explicit schemes for the simulation of sheet-metal forming processes // Journal of Materials Processing Technology. 1995. Vol. 50, pp. 39–53.
20. L’Eplattenier P., Cook G., Ashcraft C. et al. Introduction of an Electromagnetism Module in LS-DYNA for Coupled Mechanical-Thermal-Electromagnetic Simulations // 9th International LS-DYNA Users conference (2005; Dearborn, Michigan, USA).
21. Ren Z., Razek A.A New Technology for Solving Three-Dimensional Multiply connected Eddy Current Problem // IEE Proceedings A Science Measurement and Technology. 1990. Vol. 137. No 3, pp. 135-140.
22. Ахмед Солиман М.Э. Формообразование выпуклых рифтовых элементов при раздаче трубы давлением импульсного магнитного поля // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2022. № 2. С. 20–26.