Численное моделирование процесса магнитно-импульсной обработки осевого режущего инструмента в ANSYS

Целью данного исследования является анализ результатов численного моделирования процесса магнитно-импульсной обработки (МИО) осевого режущего инструмента в среде ANSYS и выработка на их основе практических рекомендаций, связанных с выбором режимов МИО. С использованием модуля Ansys Electronics Desktop (Maxwell) получено распределение индукционных токов на поверхности сверла, помещенного в индуктор. Временная реализация импульса тока в индукторе соответствует форме экспериментально измеренного импульса, который генерируется установкой МИУ-2. Рассчитана напряженность магнитного поля, которая на глубине 0,1 мм от поверхности сверла достигает h0,1 = 1,247 · 107 [А/м]. Рассмотрены два случая позиционирования сверла в индукторе: полная загрузка сверла (сверло устанавливается на всю длину индуктора) и половинная загрузка сверла (режущие кромки находятся в центре). Анализ показал, что плотность индукционного тока имеет наибольшую величину в канавке сверла при полной загрузке и в области режущих кромок при половинной загрузке. С использованием модуля Ansys Transient Thermal: выполнено моделирование тепловых процессов для двух основных временных интервалов (нагрев сверла в процессе разряда в индукторе при МИО и остывание сверла во время заряда конденсаторной батареи для повторного цикла МИО). Получено распределение температуры для обоих вариантов расположения сверла внутри индуктора и сделан вывод, что для обработки боковой поверхности режущего инструмента (режущей ленточки) необходимо использовать вариант с полной загрузкой, а для обработки режущих кромок, более эффективной является половинная загрузка.

1. Алифанов, А. В. Физика процесса магнитно-импульсного упрочнения стальных изделий, расчет индукторов и параметров процесса / А. В. Алифанов, Д. А. Ционенко, А. М. Милюкова // Перспективные материалы и технологии: в 2 т. / под общ. ред. В. В. Рубаника. – Витебск, 2017. – Т. 2. – С. 31–53.

2. Овчаренко, А. Г. Комбинированная магнитно-импульсная обработка режущего инструмента / А. Г. Овчаренко, А. Ю. Козлюк, М. О. Курепин // Технология машиностроения. – 2010. – № 9. – С. 26–29.

3. Импульсная магнитная установка для упрочнения режущих инструментов / А. С. Орлов [и др.] // Вестн. ИГЭУ. – 2011. – № 4. – С. 35–39.

4. Ansys [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ansys.com. – Дата доступа: 01.03.2022.

5. Mahmoud, M. An Efficient Computational Model for Magnetic Pulse Forming of Thin Structures / M. Mahmoud, F. Bay, D. Pino Muñoz // Materials. – 2021. – Vol. 14, N 24. – Art. 7645. https://doi.org/10.3390/ma14247645

6. Ultra High Power applications designed using the LS-DYNA EMAG solver / G. Mazars [et al.]. – Toulouse, 2013 [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.bmax.com/wp-content/uploads/2013/06/UHP_app_designed_withLSD_EMAG.pdf. – Date of access: 01.03.2022.

7. Chernikov, D. Investigation of the Thermal Effects of Magnetic Pulse Forming using LS-DYNA / D. Chernikov, V. Gluschenkov, P. L’Eplattenier // Conference: 12 th International LS-DYNA Users. 2012 [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/313887639_Investigation_of_the_Thermal_Effects_of_Magnetic_Pulse_Forming_using_LS-DYNA_R. – Date of access: 01.03.2022.

8. Гордиенко, А. И. Инновационные разработки Физико-технического института Национальной академии наук Беларуси / А. И. Гордиенко // Вестн. БарГУ. Сер. Техн. науки. – 2014. – № 2. – С. 34–39.

9. Алифанов, А. В. Исследование упрочненных магнитно-импульсной обработкой поверхностных слоев металлических изделий с помощью токов высокой частоты / А. В. Алифанов, В. В. Малеронок, Д. А. Ционенко // Актуальные проблемы прочности: в 2 т. / под общ. ред. В. В. Рубаника. – Витебск, 2018. – Т. 1. – С. 111–124.

10. Ansoft. Maxwell 3D. Electromagnetic and Electromechanical Analysis [Electronic resource]. – Mode of access: http://ansoft-maxwell.narod.ru/en/CompleteMaxwell3D_V11.pdf. – Date of access: 01.03.2022.

11. Transient Thermal Analysis in Ansys Mechanical Workbench: Dealing with Non-Physical Temperature Results [Electronic resource]. – Mode of access: https://simutechgroup.com/transient-thermal-analysis-in-ansys-mechanical-workbench-dealing-with-non-physical-temperature-results. – Date of access: 01.03.2022.

12. Панин, В. В. Измерение параметров импульсных электромагнитных процессов / В. В. Панин, Б. М. Степанов. – М., 1984. – 116 с.