Дослідження впливу конструкції магнітопроводу на розподіл напруженості магнітного поля під час магнітно-імпульсної обробки зубчастих коліс

Abstract

Магнітно-імпульсна обробка (МІО) є перспективним для досліджень методом обробки деталей в сучасному машинобудуванні. Суть магнітно-імпульсної обробки полягає в тому, що металева деталь розміщується всередині індуктора, який створює потужне магнітне поле. Під його дією в тілі деталі виникають вихрові струми, та взаємодіють із струмами, що генеруються магнітно-імпульсною установкою, внаслідок чого на поверхні металу виникають значні зусилля. У статті досліджено вплив конструктивних параметрів сталевого магнітопроводу на розподіл напруженості магнітного поля в зоні зуба колеса під час магнітно-імпульсної обробки. Актуальність роботи зумовлена необхідністю забезпечення рівномірного розподілу напруженості магнітного поля для підвищення ефективності процесу магнітно-імпульсної обробки. З цією метою було проведено моделювання трьох типів магнітопроводів: евольвентної форми зі стінками товщиною 6 мм і 12 мм, а також форми, що відповідає прямокутному перерізу зі стінкою товщиною 5 мм.. У кожному випадку розглядалися два типи контакту магнітопроводу із зубом колеса – лінійний контакт (по лініях дотику) та контакт по всій площині западини зуба. Розрахунки виконано в середовищі ANSYS Maxwell за імпульса, який відповідає частотам 60 Гц та 4000 Гц, за значеннях сили струму 1, 2 та 3 кА. Окремо проаналізовано розподіл напруженості магнітного поля вздовж робочої поверхні зуба для кожного з варіантів конструкції магнітопроводу. Для перевірки достовірності отриманих результатів була побудована валідаційна модель. Порівняння результатів моделювання показало, що збільшення товщини магнітопроводу не має значного впливу на розподіл напруженості магнітного поля, так само як і характер контакту (лінійний чи площинний). Встановлено, що магнітопровід з прямокутним перерізом забезпечує найбільш раціональне поєднання магнітної ефективності та технологічної доцільності, що робить його придатним для використання в серійному виробництві. Результати дослідження можуть бути застосовані для оптимізації конструкцій індукторів у магнітно-імпульсних установках.