Розподіл струму на поверхні листових металів у лінійних інструментах магнітно-імпульсного притягання

Abstract

Актуальною проблемою в розробці конструкцій лінійних інструментів магнітно-імпульсного притягання є отримання практичних рекомендацій щодо підвищення їхньої ефективності, яка істотною мірою визначається процесами розподілу густини струмів на поверхні листових металів, схильних до деформації. Метою роботи є розрахунок характеристик і теоретичний аналіз просторового розподілу струму на поверхні металу плоскої листової заготовки в робочій зоні лінійного інструменту магнітно-імпульсного притягання за її безпосереднього підключення до електричних виводів високовольтного джерела потужності. Для досягнення поставленої задачі використовується строгий математичний підхід із застосуванням методів теорії електромагнітного поля і методів конформних перетворень в теорії функцій комплексного змінного. Запропоновані формули для визначення оцінок, що кількісно ілюструють розподіл струмів на поверхні листового провідника за контактного підключення джерела потужності. На підставі чисельного і графічного аналізу різних геометричних розмірів цієї моделі встановлено, що рівень концентрації струму, який протікає у виділеній смузі, що зв’язує контакти підключення, істотно залежить від співвідношення ширини цієї смуги і поперечних розмірів контактного підключення. Визначено саме ту частину струму, яка безпосередньо бере участь у збудженні силової взаємодії між провідниками з паралельними струмами відповідно до закону Ампера. Рівень поперечної концентрації струму, що протікає переважно у виділеній полосі, складає близько 65…80 % всієї величини струму, що підтверджено експериментально. Отримані результати дозволяють зробити висновок про необхідність проведення обов’язкового оцінювання рівня концентрації струму, що протікає в робочій зоні лінійного інструменту. Використання результатів дослідження цієї роботи дозволить реалізувати нові, ефективніші засоби в технологіях обробки тиском, а саме, створювати дієздатні лінійні інструменти магнітно-імпульсного притягання заданих ділянок листових металів за їхнього безпосереднього підключення до джерел електричної потужності.

An urgent problem in the development of linear instruments of magnetic pulse attraction is to obtain practical recom-mendations for improving their efficiency, which is largely determined by the processes of current density distribution on the surface of sheet metals that are prone to deformation. The aim of the work is to calculate the characteristics and theoretical analysis of the spatial distribution of current on the metal surface of a flat sheet blank in the working area of a linear tool of magnetic pulse attraction when directly connected to the electrical terminals of a high voltage power source. To achieve this goal, a rigorous mathematical approach is used using the methods of electromagnetic field theory and methods of conformal transformations in the theory of functions of a complex variable. Formulas for numerical estimates are obtained, which quantitatively illustrate the distribution of currents on the surface of the sheet conductor at the con-tact connection of the power source. Based on numerical and graphical analysis of different geometric dimensions of this model, it is established that the level of current concentration flowing in the selected strip connecting the connection contacts significantly depends on the ratio of the width of this strip and the transverse dimensions of the contact connec-tion. The part of the current that is directly involved in the excitation of force interaction between conductors with parallel currents in accordance with Ampere’s law is determined. The level of transverse current concentration, which flows main-ly in the selected band, is ∼ 65… 80 % of the total current, which has been confirmed experimentally. The obtained re-sults allow us to conclude that it is necessary to conduct mandatory assessments of the level of concentration of the flowing current in the working area of the linear tool. Using the conclusions of this work will implement new, more efficient tools in pressure treatment technologies, namely, to create viable linear tools for magnetic-pulse attraction of specified areas of sheet metals when directly connected to sources of electric power.