2. Điện phân kẽ m:
12.1. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA GIA CƠNG KIM LOẠI BẰNG THIẾT BỊ XUNG TỪ :
XUNG TỪ :
Gia cơng kim loại bằng xung từ là phương pháp làm biến dạng kim loại hợp kim của nĩ, được thực hiện bằng cách biến đổi trực tiếp năng lượng điện thành cơ năng ngay bên trong bản thân sản phẩm gia cơng.
Cơ sở vật lý của gia cơng xung là lực điện động sinh ra trong vật thể dẫn điện, được đặt bên trong trường điện từ xoay chiều.
Từ vật thể bằng kim loại (H.12.1) ta xem xét một vi phân thể tích dv cĩ chiều cao dh, chiều rộng dr và chiều dài dl, qua dv chảy dịng điện dI. Tồn bộ hệ thống nầy được đặt bên trong một từ trường H, cĩ từ cảm :
B = .H
Với - là từ thẩm của mơi trường dẫn từ.
Khi đĩ trên dv sẽ cĩ tác động một lực được gọi là lực điện động df = dI [dl. B] (12.1)
Nếu dịng điện trong bộ phận cảm ứng để sinh ra từ trường là xoay chiều (nếu từ trường H là xoay chiều), thì lực điện động trung bình sẽ là:
Df = ½. Re dI [dl.B*] (12.2)
Ký hiệu Re trong biểu thức ( 12.2) cĩ ý nghiã là tất cả các đại lượng trong ngoặc mĩc đều được tính theo giá trị hiệu dụng.
Vi phân dịng điện : dI = j dq
Với : j – mật độ dịng điện, dq – vi phân tiết diện của vật thể, cĩ dịng dj chảy qua.
Khi mà: j = E
Với : điện dẩn đơn vị của vật dẫn điện E – điện trường đặt lên nĩ, Thì : dI = E . Dq; dl = l*; B = a .H *
Trong đĩ: l* là đơn vị chiều dài , a - từ thẩm của vật dẫn.
Thay các giá trị của (13.2 ) vào biểu thức (12 .2) nhận được. dF = (1/2) Re { R dq[l* dl a. H*]}
= di dq a (1/2) Re { E [l* H*] }
= a . Re {(1/2) [ E.H*] } dv (12.4)
ở đây : dv = dl.dq – vi phân thể tích qua đĩ chảy vi phân dịng điện dI. Nếu đặt : Re {(1/2) [ E.H*] } = ReS (12.5) Cĩ thể viết : dF = a . S dv (12.6) Lực điện động tác động lên một đơn vị thể tích sẽ là :
Fd = a .S . (12.7)
Từ đĩ suy ra rằng, phương của lực trùng với phương tuyền năng lượng tại điểm cho trước. Vì vậy (12.7) được viết dưới dạng biểu thức vơ hướng một cách cố ý, xem như Fd cĩ phương theo phương truyền năng lượng.
Lực điện động sinh ra mỗi một điểm trên kim loại, áp suất bằng : Với : dQ – bề mặt trtên đĩ tác động lực dF.
Tại điểm cho trước, áp suất là tổng của các vi phân áp suất, sinh ra từ các vi phân thể tích dv nằm giữa điểm xem xét và bề mặt của kim loại. Vì vậy, áp suất sinh ra từ lực điện động : r
o d d d dr F P dl dQ dv dl F dQ dv F dQ dF dp ) 9 . 12 ( . . ) 8 . 12 ( . / .
Để xác định Fd và P trong các trường hợp cụ thể, trong biểu thức (12.9) cần xác định giá trị của S.
Lực điện động và áp lực tác động lên vật thể kim loại, cĩ thể làm biến dạng bề mặt của nĩ.
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị, thực hiện việc gia cơng bằng xung điện được mơ tả trong (H.12.2). Trong đĩ, bao gồm bộ phĩng điện, tụ điện – bộ tích luỹ năng lượng bộ chuyển mạch và cuộn dây kích từ.
Tụ điện 3 được nạp qua bộ chỉnh lưu 2, từ nguồn cung cấp 1. Khi tụ điện được nạp đầy, dịng điện sẽ phĩng qua bộ phĩng điện 4, nhờ đĩ cuộn dây kích từ cĩ dịg xung điện chảy qua, sinh ra từ thơng trong chi tiết kim loại 5 và làm cãm ứng trong đĩ các dịng điện xĩay (dịng điện Foucaults).
Xung dịng điện do tụ điện C phĩng qua cuộn dây L cĩ thời gian và hình dạng được xác định bởi các thơng số của mạch vịng phĩng điện R, L và C.
Năng lượng, sản sinh trong mạch L và R khi tụ điện phĩng điện được xác định bởi biểu thức :
Wp = LI2 / 2 + BI2 . r (12.10) Khi R << LR :
Wp =0,512 (Ltb + Lcd)
Ơû đây : Ltb – tự cảm của thiết bị (tụ, dây dẫn và của bộ phĩng điện) Lcd – tự cảm của cuộn dây kích từ.
Năng lượng điện từ (12.10) sản sinh trong mạch được chuyển hố dưới dạng cơng cơ học, làm biến dạng chi tiết, dưới dạng nhiệt, đốt nĩng chi tiết và dây dẫn, một phần tản ra khơng gian xung quanh.
Hiệu suất của việc sử dung năng lượng của bộ tích luỹ (tụ điện) được xác định bởi tỷ lệ.
= Wcd / Wp = Lcd / L (12.11) với L = Ltb + Lcd
áp suất tồn phần tác động lên chi tiết kg/cm2 được tạo ra bởi mật độ năng lượng của trường điện từ.
P = B2 . 10-6 / (8 ) Ở đây : B - từ cảm của từ trường.
Khi tốc độ tăng trưởng của từ trường khơng lớn và thời gian xung tương đối dài, từ trường cĩ thể đi xuyên sâu vào trong chi tiết, làm suy yếu ứng lực của vật liệu. Để cĩ giá trị lớn hơn ứng lực, thì thời gian xung khơng được vượt quá thời gian biến dạng của chi tiết.
Với - độ dịch chuyển của thành chi tiết hìh ống theo chiều kéo căng, cm. - bề dày của thành ống
v – tốc độ dịch chuyển của thành ống, cm/s.
Tốc độ dịch chuyển của thành ống khi bị biến dạng. v = [B2 / (4 ) ] ½ (12.13) ở đây : - trọng lượng riêng của chi tiết g/cm3.
Khi tụ điện phĩng điện, một phần năng lượng điện từ Wn biến thành nhiệt đốt nĩng chi tiết :
Wn = B2 . S / (8 )
Với - điện trở suất của vật liệu làm chi tiết, m. S – tiết diện của chi tiết m2.