UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE ELECTROTEHNICELECTROTEHNOLOGIIDEFORMARE MAGNETIC- PROIECT --2007-Introducere n deformare magneticDeformarea electromagnetic(Electromagnetic forming,EM formingsau Magneforming)esteunprocescareutilizeazforeelectromagneticepentruamodela metalul, fr o unealt care s intre n contact cu piesa.Este, deasemenea, unprocesidealdea unisau asamblamecanic componente metalice deosebite.Deformarea electromagnetic este un mod de a lucra plastic un metal, numit i metod de deformare prin vitez mare a energiei. Exist dou tipuri de deformarea electromagnetic: metoda solenoidal i metoda prin contact direct al electrodului, n care curentul de descrcare trece direct prin pies.Deformarea magnetic utilizeaz pulsuri de putere pentru a crea pulsuri puternice de cmp magnetic n scopul de a remodela pri metalice.Principiul metodei const ntr-un puls mare de curent care este trimis prin bobina de lucru prin decrcarea rapid a unui condensator de nalt tensiune. Acest current, deordinul zecilor sausutelor demii deampere, creeazfore magnetice foarte puternice care deformeaz permanent metalul.Procesul se ntmpl extrem de repede, de regul zeci de microsecunde.Acest proces de formare este cel mai des folosit pentru a micora sau dilata tuburi cilindrice, dar i de a forma plci metalice prin presarea acestora ctre o matri.Cum procesul se bazeaz pe accelerri i decelerri de mare vitez, masa piesei ocup un rol important. Procesul lucreaz optim prin utilizarea conductorilor cu mare conductivitate electric, cupru i aluminiu, dar poate fi adaptat i pentru oel.INSTALAII DE DEFORMARE MAGNETICS se dimensioneze instalaia de deformare magnetic destinat asamblrii componentelor born i isolator ceramic din construcia siguranelor fuzibile, avnd cunoscute urmtoarele date nominale: Energia necesar deformrii W=1.35 kJ, Frecvena curentului de descrcare f0=12 kHz, Inductana bobinei de lucru L=0.65H, Numrul de spire N=6, Rezistena circuitului de descrcare R=0.075 , Materialul piesei de deformat - Cupru.Se vor calcula urmtoarele mrimi:o Valoarea maxim a curentului din circuitul de descrcareo Valoarea tensiunii de alimentare a circuituluio Valoarea maxim a induciei produs de curentul de descrcareo Valoarea maxim a presiunii mecanice aplicat la suprafaa pieseio Adncimea de ptrundereo Inductivitatea bobinei de lucruo Fora de ntindere a spirelor bobineiSe va realiza un program automat de calcul folosind Matlab pentru a se obine:- graficul de variaie al curentului prin bobin- graficul de variaie al presiunii mecanice pe grosimea piesei- influena parametrilor circuitului asupra valorii maxime a presiunii mecanice- influena tipului de material asupra parametrilor calculai - grafice comparative- corelarea grosimii piesei cu valoarea frecvenei.Determinarea mrimilor uzuale de construcie ale instalaiei de deformare magnetic ncepe prin cunoaterea curentului ce strbate aceast instalaie.Expresia curentului de descrcare este:( ) t sin eL Ui(t)1t1 Derivnd expresia n raport cu timpul vom obine expresia timpului pentru care curentul ia valoarea maxim:arctg1t11m 2020 1 - pulsaia real a circuituluiLC10 - pulsaia ideal a unui circuit LC2LR - factor de amortizareAtunci valoarea maxim a curentului de descrcare va fi:t1maxe LUiEnergia nmagazinat n cmpul electric al condensatorului este:2eU C21W Cunoscnd randamentul instalaie obinem energia necesar deformrii piesei:eW W Rezult astfel valoarea tensiunii :CW 2UeCapacitatea condensatorului se determin cu ajutorul relaiei :2020f L 41CLC 21f Adncimea de ptrundere se determin cu relaia f 11z , unde factor de atenuare, f frecvena, i constante de material.Expresia presiunii mecanice de deformare a piesei cu distana de la suprafaa piesei este:( )x 2020e 1 2Bp(x) Valoare maxim a presiunii rmne constant indiferent de valoarea frecvenei de lucru i anume:020max 2BpPentru determinarea valorii induciei este necesar a se determina parametrii bobinei, constnd n diametrul conductorului i lungimea acesteia.Vom considera n cele ce urmeaz c bobina este parcurs de un curent echivalent cu cel real prin bobin.Expresia din care rezult valoarea acestui curent este : 502502dt Iech R (t)dt i Runde primul termen reprezint energia generat de curentul prin bobin, iar cel de-al doilea energia echivalent. Acestea se determin pentru o perioad suficient pentru amortizarea curentului prin circuit cu o valoarea de (45) ( durata de amotizare) 5INDi Iechmax( )( )11]1

+ + i'0t'02'0' '0d 0t t' 1 ln c) f( B( )( )( )11]1

+ + 0'00'02'0' '0d 00 0' 1 ln c f Bunde Bt i B0 sunt coeficieni ce depind de temperatura iniial i temperatura final a conductorului i n a cror expresie intr anumite mrimi ce depind de material precum : densitatea d, rezistivitatea 0, coeficientul de temperatur al rezistivitii , coeficientul de temperatur al cldurii specifice .Aria seciunii conductorului se poate calcula cu relaia urmtoare, rezultnd diametrul conductorului :r 2 dArB BtIech A0 t Lungimea bobinei va fi :pas 3 d 4 l + unde pas reprezint dimensiunea pasului de bobinaj.Astfel, valoarea induciei se va determina utiliznd expresia :max 0 maxmaxmaxH Bli NH Rezult valoarea maxim a presiunii mecanice aplicat la suprafaa piesei care va avea expresia:020max 2BpInductivitatea bobinei de lucru i fora de ntindere a spirelor bobinei se determin folosind relaiile:

,_

1.75rR 8ln R L0

,_

0.75rR 8ln i 10 T2 7unde R diametrul piesei; r raza conductorului.Introducnd datele deja cunoscute ale instalaiei de deformaremagnetic se vor determina mrimile caracteristice urmtoare :- factor de amortizare 1 -6 -s 5769210 0.65 20.075 - capacitatea condensatorului F 10 270000 2 1 10 0.65 41CC 10 0.65 210000 262 6 26 - - pulsaia ideal a unui circuit LC srad7548510 270 10 0.6516 60 - pulsaia real a circuitului srad48680 57692 75485 2 21 - timpul pentru care curentul ia valoarea maxim:s 823 s 10 8235769248680arctg486801t6m 0.4 J 33754 . 01350WWe - valoarea tensiunii V 500010 2703375 2U6 -- valoarea maxim a curentului de descrcareA 38000 e48680 10 65 . 05000i610 5 . 823 576926max - adncimea de ptrunderemm 58 . 010 25 . 1 10 3 . 63 000 2 1 11z6 6 A 84870510 17 50.042438000 Iech6 kgKJ390 cC 95 C 300 grd 0.00011 'grd 0.0015 'm 10 0.07 mkg10 8.5 00t1 -1 -6033d 42160ms A10 0.41 B - aria seciunii conductoruluim 0.005210 0.85r m 10 0.8510 0.41) (1.210 17 5276013 A42 416-6 4216tms A10 2 . 1 B - diametrul conductorului cm 1 mm 10 m 0.01 d - lungimea bobinei m 07 . 0 002 . 0 5 01 . 0 6 l + 6max10 3.20.0738000 6H- valoarea inducieiT 4.01 10 3.2 10 4 B6 7max - valoare maxim a presiunii2672maxmN10 6.310 4 24.01p - inductivitatea bobinei de lucruH 10 3 1.750.00508 . 0 8ln 08 . 0 10 4 L7 7 ,_

- fora de ntindere a spirelor bobinei N 10 59 . 0 0.750.00508 . 0 8ln 38000 10 T3 2 7 ,_

unde R =0.08.Graficul de variaie al curentului prin bobinGraficul de variaie al presiunii mecanice pe grosimea pieseiInfluenaparametrilor circuitului asupravalorii maxime apresiunii mecanice const n modificarea unuia i meninerea celorlali constani.Rezistena critic a circuitului este dat de relaia : 2513 . 0CL2 RcrSe va urmri influena a patru valori ale rezistenei :Rezistena [] Presiunea [N/m2]0.05610 58 . 2 0.10610 68 . 2 0.15610 03 . 5 0.2610 69 . 6 Se observ c o dat cu creterea valorii rezistenei crete i valoarea presiunii.Modificarea inductanei bobinei de lucru va avea efect i asupra capacitii deoarece aceasta din urm se determin n funcie de prima.Inductan [H] Presiunea [N/m2] Capacitate [F]610 1610 44 . 6 63.3610 5 . 2610 10 . 2 25.5610 5610 064 . 1 12.6610 5 . 7610 761 . 0 8.44510 1610 624 . 0 6.33410 1610 0688 . 0 0.63Observm c pentru o inductan de zece ori mai mare, presiunea scade de acelai ordin de mrime. Acelai lucru se ntmpl i n cazul capacitii condensatorului. Spre deosebire de cazul rezistenei, odat cumrirea inductanei presiunea mecanic scade.Parametrii calculai ai instalaiei pot fi influenai i de tipul materialului din care este confecionat conductorul bobinei de lucru.Se vor considera patru tipuri de material: aluminiu, cupru, oel, wolfram, i seva urmri influena acestora asupra parametrilor instalaiei.Se constat urmtoarele:Aluminiu Cupru Oel Wolfram = 1.75 104 =5.71 10-5C =6.33 10-5 FU =1.34 104 V0 =1.25 105 rad/s1 =1.24 105 rad/stm =1.15 10-5 s =1.74 103z =5.7310-4 mImax =8.85104 AIech1 =2.76106 Aa =4.4610-4 m2d =0.0238 ml =0.1044 mHmax =8.48105Bmax =1.0663 TPmax=4.52105 N/m2R = 0.1438mT = 2.72103 NL =3.1510-7 H = 1.75 104 =5.71 10-5C =6.33 10-5 FU =1.34 104 V0=1.25105 rad/s1 =1.24 105 rad/stm =1.15 10-5 s =2.23103z =4.4710-4 m Imax =8.85104 AIech1 = 2.76106 Aa =2.9 10-4 m2d = 0.0192 ml = 0.0859 mHmax=2.06106 Bmax= 2.5898 TPmax = 2.66 106 N/m2R =0.1392 mT=2.69 103 NL =2.99 10-7 H = 1.75 104 =5.71 10-5C =6.33 10-5 FU =1.34 104 V0=1.25105 rad/s1 =1.24 105 rad/stm =1.15 10-5 s = 0.88103z = 0.0011 mImax = 8.85104 AIech1 = 2.76106 Aa = 8.3010-4 m2d = 0.0325 ml = 0.1391 mHmax = 1.91106Bmax = 2.4006 TPmax = 2.29106 N/m2R = 0.1525 mT = 2.76103 NL = 3.45 10-7 H = 1.75 104 =5.71 10-5C =6.33 10-5 FU =1.34 104 V0=1.25105 rad/s1 =1.24 105 rad/stm =1.15 10-5 s = 1.24 103z = 8.03 10-4 mImax = 8.85104 AIech1 = 2.76106 Aa = 1.96 10-5 m2d = 0.005 ml = 0.029 mHmax = 1.22 107Bmax = 15.355 TPmax = 9.381107 N/m2R = 0.125 mT= 2.6 103 NL = 2.51 10-7 HAnexe Explicativ a procesului de deformare magneticTipuri de deformare a tuburilorModel de utilizareAparatura de deformare magnetic%Deformare magnetica %Calcul curent max; tensiune; diametru conductor; inductie;clear;clc;%date initialew=2300;f=20000;per=1/fr=0.035;l=1e-6;n=4; sigma=1/(0.09e-6);miu=1.2566290e-6;miu0=1.2566371e-6;selmat%marimi calculatedelta=r/(2*l)tau=1/deltac=1/(4*pi^2*f^2*l)%capacitate condensatorwe=w/0.4; %energie inmagazinata in condensatoru=sqrt((2*we)/c)%tensiuneomegao=1/(sqrt(l*c))omega1=sqrt(omegao^2-delta^2)tm=(1/omega1)*atan(omega1/delta) %timpul pentru care curentul ia valoarea maximaalfa=sqrt(pi*f*sigma*miu)%factor de atenuarez=1/alfa %adancimea de patrundereimax=[u*exp(-delta*tm)]/(l*omega1) %curent maximsyms x;IN=int((exp(delta*x))^2*(sin(omega1*x)^2));IND1=int(exp(delta*x)^2*sin(omega1*x)^2,0,5*tau);IND1=double(IND1);Iech1=imax*sqrt(IND1/5/tau) %curent echivalentt=0:.000001:5*tau;i=[u.*exp(-delta.*t).*sin(omega1.*t)]./(omega1.*l);% expresia curentuluia=Iech1*sqrt((5/delta)/(betat-betao))% sectiune conductor [m^2]rz=sqrt(a/pi) %raza conductor [m]d=2*rz%diametru conductor [m]pas=3e-3;%pas de bobinajlg=4*d+3*pas %lungime bobinahmax=(n*imax)/lg%intensitate camp mag.bmax=miu0*hmax%inductie maximapmax=bmax^2/(2*miu0)%preiune maximaD=0.12; %diametru piesaR=D+d%diametru bobinatens=1e-7*imax^2*log(8*R/r-0.75)% forta de intindereinduc=miu0*R*(log(8*R/r)-1.75)% inductanta bobinei de lucrurcr=2*sqrt(l/c)%rezistenta critica%Graficul de variatie al curentului prin bobinfigure;plot(t,i);grid;%Graficul de variatie al presiunii mecanice pe grosimea pieseifigure;x=0:0.0001:3*z;for i=1:length(z)for j=1:length(x)p(i,j)=pmax(i)*(1-exp(-2*alfa*(x(j)))) ;endendplot(x,p,'k'); xlabel('Grosimea piesei [m]')ylabel('Presiunea [N/m^2]')%selmatx='SELECTATI:';x1='ALUMINIU';x2='CUPRU';x3='OTEL';x4='WOLFRAM';n=menu(x,x1,x2,x3,x4);if n==1disp('Aluminiu') selmalelseif n==2 disp('Cupru')selmcuelseif n==3disp('Otel')selmolelseif n==4disp('Wolfram')selmwofend;%selmcucocu=390;gamacu=8.9e3;rocu=0.0158e-6;sigma=1/rocu;alfapcu=0.0043;lancu=390;betapcu=0.0001;tetat=200;tetao=30;betat=(cocu*gamacu/rocu)*(((alfapcu-betapcu)/alfapcu^2)*log(1+alfapcu*tetat)++(betapcu/alfapcu)*tetat);betao=(cocu*gamacu/rocu)*(((alfapcu-betapcu)/alfapcu^2)*log(1+alfapcu*tetao)++(betapcu/alfapcu)*tetao);Bibliografie:BROJBOIU Maria, Electrotehnologii, Ed. Orizonturi Universitare, Timisoara, 2002SUCIU Iacob, Bazele calcului solicitarilor termice ale aparatelor electrice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1980http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_forminghttp://www.iap.com/metalfor.htmlhttp://www.thefabricator.com/PressTechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115http://www.mse.eng.ohio-state.edu/~daehn/metalforminghb/tabofcont/index.htmlhttp://archive.metalformingmagazine.com/1997/01/7mfjan5.htm