MAGNABEND - FUNDAMENTAL DESIGN OVERWEGINGS
Basic Magnet Design
De Magnabend-masine is ûntworpen as in krêftige DC-magneet mei beheinde plichtsyklus.
De masine bestiet út 3 basisdielen: -
It magneet lichem dat de basis fan 'e masine foarmet en befettet de elektromagnetyske spoel.
De clamp bar dy't soarget foar in paad foar magnetyske flux tusken de peallen fan de magneet basis, en dêrmei clamps de sheetmetal workpiece.
De bûgen beam dy't wurdt pivoted oan 'e foarkant fan' e magneet lichem en soarget foar in middel foar it tapassen fan bûgen krêft oan it workpiece.
Magnet-Lichaam konfiguraasjes
Ferskate konfiguraasjes binne mooglik foar de magneet lichem.
Hjir binne 2 dy't beide binne brûkt foar Magnabend-masines:
De stippele reade linen yn 'e tekeningen hjirboppe fertsjintwurdigje de magnetyske fluxpaden.Tink derom dat it ûntwerp "U-Type" ien fluxpaad hat (1 pear peallen), wylst it "E-Type" ûntwerp 2 fluxpaden hat (2 pear peallen).
Magnetkonfiguraasjefergeliking:
De E-type konfiguraasje is effisjinter dan de U-type konfiguraasje.
Om te begripen wêrom't dit sa is, beskôgje de twa tekeningen hjirûnder.
Links is in dwerstrochsneed fan in U-type magneet en rjochts is in E-type magneet dy't makke is troch it kombinearjen fan 2 fan deselde U-typen.As elke magneetkonfiguraasje wurdt oandreaun troch in spoel mei deselde ampère-beurten, dan sil dúdlik de ferdûbele magneet (it E-type) twa kear safolle klemkrêft hawwe.It brûkt ek twa kear safolle stiel, mar hast gjin draad mear foar de spoel!(Ungeande fan in lange coil design).
(De lytse hoemannichte ekstra tried soe wêze nedich allinnich omdat de 2 twa skonken fan 'e coil binne fierder útinoar yn de "E" design, mar dit ekstra wurdt insignificant yn in lange coil design lykas brûkt foar de Magnabend).
Super Magnabend:
Om in noch machtiger magneet te bouwen kin it "E" konsept wurde útwreide, lykas dizze dûbele-E-konfiguraasje:
3-D model:
Hjirûnder is in 3-D tekening dy't de basisarrangement fan dielen yn in U-type magneet toant:
Yn dit ûntwerp binne de foar- en efterste peallen aparte stikken en wurde troch bouten oan it Core-stik taheakke.
Hoewol it yn prinsipe mooglik wêze soe om in U-type magneetlichem út ien stik stiel te bewurkjen, soe it dan net mooglik wêze om de spoel te ynstallearjen en soe de spoel dus in situ wûn wurde moatte (op it bewurke magneetlichem ).
Yn in produksjesituaasje is it tige winsklik om de spoelen apart (op in spesjale foarm) op te wikkeljen.Sa diktearret in U-type ûntwerp effektyf in fabrisearre konstruksje.
Oan 'e oare kant lient it ûntwerp fan E-type him goed foar in magneetlichem dat út ien stik stiel is ferwurke, om't in foarmakke spoel maklik kin wurde ynstalleare nei't it magneetlichem is bewurke.In magnetysk lichem fan ien stik docht ek magnetysk better, om't it gjin konstruksjegatten hat dy't oars de magnetyske flux (en dus de klemkrêft) in bytsje ferminderje.
(De measte Magnabends makke nei 1990 brûkten it E-type ûntwerp).
Seleksje fan Materiaal foar Magnet Construction
It magneetlichem en de klembalke moatte makke wurde fan ferromagnetysk (magnetisearber) materiaal.Stiel is fierwei it goedkeapste ferromagnetyske materiaal en is de foar de hân lizzende kar.D'r binne lykwols ferskate spesjale stielen beskikber dy't kinne wurde beskôge.
1) Silicon Steel : Stiel mei hege resistiviteit dy't normaal beskikber is yn tinne laminaasjes en wurdt brûkt yn AC-transformators, AC-magneten, relais ensfh. De eigenskippen binne net fereaske foar de Magnabend dy't in DC-magneet is.
2) Soft Iron: Dit materiaal soe legere oerbliuwende magnetisme sjen litte, wat goed wêze soe foar in Magnabend-masine, mar it is fysyk sêft, wat soe betsjutte dat it maklik dented en skansearre wurde soe;it is better om it probleem fan restmagnetisme op in oare manier op te lossen.
3) Gietijzer: Net sa maklik magnetisearre as rôle stiel, mar koe wurde beskôge.
4) Stainless Steel Type 416: Kin net sa sterk magnetisearre wurde as stiel en is folle djoerder (mar kin nuttich wêze foar in tinne beskermjende kapflak op it magneet lichem).
5) Stainless Steel Type 316: Dit is in net-magnetyske alloy fan stiel en is dêrom net geskikt op alle (útsein as yn 4 boppe).
6) Medium Carbon Steel, type K1045: Dit materiaal is by útstek geskikt foar de bou fan de magneet, (en oare dielen fan 'e masine).It is ridlik hurd yn 'e tastân lykas levere en it masine ek goed.
7) Medium Carbon Steel type CS1020: Dit stiel is net sa hurd as K1045, mar it is makliker beskikber en kin dus de meast praktyske kar wêze foar de bou fan 'e Magnabend-masine.
Tink derom dat de wichtige eigenskippen dy't nedich binne binne:
Hege saturaasje magnetisaasje.(De measte stiellegeringen verzadigje by sawat 2 Tesla),
Beskikberens fan nuttige seksjegrutte,
Ferset tsjin ynfallende skea,
Machinability, en
Redelijke kosten.
Medium koalstofstiel past goed by al dizze easken.Leech koalstofstiel koe ek brûkt wurde, mar it is minder resistint foar ynsidintele skea.D'r besteane ek oare spesjale alloys, lykas supermendur, dy't hegere sêdingsmagnetisaasje hawwe, mar se binne net te beskôgjen fanwegen har heul hege kosten yn ferliking mei stiel.
Medium koalstofstiel hat lykwols wat oerbliuwend magnetisme dat genôch is om oerlêst te wêzen.(Sjoch paragraaf oer restmagnetisme).
De Coil
De spoel is wat de magnetisearjende flux troch de elektromagnet driuwt.De magnetisearjende krêft is gewoan it produkt fan it oantal bochten (N) en de spoelstroom (I).Dus:
N = oantal beurten
I = stroom yn de windings.
It uterlik fan "N" yn 'e boppesteande formule liedt ta in mienskiplike misfetting.
Der wurdt breed oannommen dat it fergrutsjen fan it oantal bochten de magnetisearjende krêft sil ferheegje, mar yn 't algemien bart dit net, om't ekstra bochten ek de stroom ferminderje, I.
Tink oan in coil levere mei in fêste DC spanning.As it tal bochten ferdûbele wurdt dan wurdt de wjerstân fan de windingen ek ferdûbele (yn in lange spoel) en sa wurdt de stroom mei de helte fermindere.It netto effekt is gjin ferheging fan NI.
Wat echt bepaalt NI is it ferset per beurt.Sa te fergrutsjen NI de dikte fan de tried moat wurde ferhege.De wearde fan ekstra bochten is dat se de stroom ferminderje en dêrom de machtferbrûk yn 'e spoel.
De ûntwerper moat der rekken mei hâlde dat de draadmeter is wat de magnetisearjende krêft fan 'e spoel echt bepaalt.Dit is de wichtichste parameter fan coil design.
It NI-produkt wurdt faak oantsjutten as de "ampere bochten" fan 'e spoel.
Hoefolle Ampere Turns binne nedich?
Stiel toant in sêdingsmagnetisaasje fan sawat 2 Tesla en dit stelt in fûnemintele limyt op hoefolle klemkrêft kin wurde krigen.
Ut de boppesteande grafyk sjogge wy dat de fjildsterkte dy't nedich is om in fluxdichtheid fan 2 Tesla te krijen sa'n 20.000 ampère-draaien per meter is.
No, foar in typysk Magnabend-ûntwerp, is de lingte fan it fluxpaad yn it stiel sawat 1/5th fan in meter en sil dêrom (20.000/5) AT fereaskje om sêding te produsearjen, dat is sawat 4.000 AT.
It soe moai wêze om folle mear ampère bochten te hawwen dan dit, sadat saturaasjemagnetisaasje behâlden wurde koe, sels as net-magnetyske gatten (dus non-ferro-wurkstikken) yn it magnetyske circuit ynfierd wurde.Ekstra ampère-beurten kinne lykwols allinich wûn wurde tsjin oansjenlike kosten yn machtsdissipaasje of kosten fan koperdraad, of beide.Sa is in kompromis nedich.
Typyske Magnabend-ûntwerpen hawwe in spoel dy't 3.800 ampère-draaien produsearret.
Tink derom dat dizze figuer is net ôfhinklik fan 'e lingte fan' e masine.As itselde magnetyske ûntwerp wurdt tapast oer in berik fan masinelingten, dan diktearret it dat de langere masines minder bochten fan dikkere draad sille hawwe.Se sille lûke mear totale stroom, mar sil hawwe itselde produkt fan amps x bochten en sil hawwe deselde clamping krêft (en deselde macht dissipation) per ienheid fan lingte.
Bedriuwsfyts
It konsept fan duty cycle is in heul wichtich aspekt fan it ûntwerp fan 'e elektromagnet.As it ûntwerp foarsjocht yn mear plichtsyklus dan nedich is, dan is it net optimaal.Mear duty cycle betsjut ynherent dat mear koper tried sil wêze nedich (mei dêrtroch hegere kosten) en / of der sil wêze minder clamping krêft beskikber.
Opmerking: In magneet mei hegere plichtsyklus sil minder krêftferbrûk hawwe, wat betsjut dat it minder enerzjy sil brûke en dus goedkeaper is te betsjinjen.Om't de magneet lykwols mar koarte perioaden AAN is, wurde de enerzjykosten fan operaasje normaal beskôge as fan heul lyts betsjutting.Sa is de ûntwerpbenadering om safolle krêftferbrûk te hawwen as jo fuortkomme kinne yn termen fan it net oerferhitsjen fan de wikkelingen fan 'e spoel.(Dizze oanpak is mienskiplik foar de measte elektromagnetyske ûntwerpen).
De Magnabend is ûntworpen foar in nominale duty cycle fan sawat 25%.
Typysk duorret it mar 2 of 3 sekonden om in bocht te meitsjen.De magneet sil dan wêze út foar in fierdere 8 oan 10 sekonden wylst it workpiece wurdt repositioned en ôfstimd klear foar de folgjende bocht.As de plichtsyklus fan 25% wurdt oerschreden, dan sil de magneet úteinlik te hyt wurde en sil in thermyske overload útskeakelje.De magneet sil net beskeadige wurde, mar it moat sawat 30 minuten koelje moatte foardat it wer brûkt wurdt.
Operasjonele ûnderfining mei masines yn it fjild hat sjen litten dat de 25% duty cycle is frij genôch foar typyske brûkers.Yn feite hawwe guon brûkers opsjonele ferzjes mei hege krêft fan 'e masine oanfrege dy't mear klemkrêft hawwe ten koste fan minder duty cycle.
Coil Cross-Sectional Area
De dwerstrochsneed gebiet beskikber foar de coil sil bepale it maksimum bedrach fan koper tried dat kin wurde fitted yn.It jaan fan mear romte foar de coil sil ûnûntkomber tanimme de grutte fan de magneet en resultearje yn in langere flux paad lingte yn it stiel (dat sil ferminderje de totale flux).
Itselde argumint ymplisearret dat hokker spiraalromte ek wurdt levere yn it ûntwerp, it moat altyd fol wêze mei koperdraad.As it net fol is, betsjut it dat de magneetgeometry better koe wêze.
Magnabend Clamping Force:
De grafyk hjirûnder is krigen troch eksperimintele mjittingen, mar it komt frij goed oerien mei teoretyske berekkeningen.
De klemkracht kin wiskundich berekkene wurde út dizze formule:
F = krêft yn Newton
B = magnetyske flux tichtens yn Teslas
A = gebiet fan peallen yn m2
µ0 = magnetyske permeabiliteitskonstante, (4π x 10-7)
Foar in foarbyld sille wy de klemkrêft berekkenje foar in fluxdichtheid fan 2 Tesla:
Sa F = ½ (2)2 A/µ0
Foar in krêft op ienheid gebiet (druk) kinne wy drop de "A" yn de formule.
Sa Druk = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Dat komt út op 1.590.000 N/m2.
Om dit te konvertearjen nei kilogram krêft kin it dield wurde troch g (9,81).
Sa: Druk = 162.080 kg/m2 = 16,2 kg/cm2.
Dit komt frij goed oerien mei de mjitten krêft foar in nul gat werjûn op de boppesteande grafyk.
Dizze figuer kin maklik wurde omboud ta in totale clamping krêft foar in opjûne masine troch fermannichfâldigjen it mei de pole gebiet fan 'e masine.Foar it model 1250E is it poalgebiet 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Sa soe de totale, nul-gap, krêft wêze (735 x 16,2) = 11.900 kg of 11,9 ton;sawat 9,5 ton per meter magneetlange.
Fluxdichtheid en klemdruk binne direkt relatearre en wurde hjirûnder werjûn yn 'e grafyk:
Praktyske klemkracht:
Yn 'e praktyk wurdt dizze hege klemkrêft allinich realisearre as it net nedich is(!), Dat is by it bûgen fan tinne stielen wurkstikken.By bûgen non-ferro workpieces de krêft sil wêze minder as werjûn yn de grafyk hjirboppe, en (in bytsje nijsgjirrich), it is ek minder as bûgen dikke stielen workpieces.Dit komt omdat de clamping krêft nedich foar in meitsje in skerpe bocht is hiel folle heger as dat nedich is foar in radius bocht.Dat wat bart is dat as de bocht trochgiet, de foarkant fan 'e klembalke in bytsje opheft, sadat it wurkstik in straal kin foarmje.
De lytse luchtspleet dy't ûntstiet feroarsaket in licht ferlies fan klemkrêft, mar de krêft dy't nedich is om de radiusbocht te foarmjen is skerper sakke as de magneetklemkrêft.Sa ûntstiet in stabile situaasje en lit de klembalke net los.
Wat hjirboppe beskreaun is, is de modus fan bûgen as de masine tichtby syn diktelimyt is.As in noch dikker wurkstik wurdt besocht dan sil de klembalke fansels opheffe.
Dit diagram suggerearret dat as de noas râne fan 'e clampbar wie radiused in bytsje, leaver as skerp, dan soe de lucht gat foar dikke bûgen wurde fermindere.
Yndied is dit it gefal en in goed makke Magnabend sil in klembalke hawwe mei in radiused râne.(In radiused râne is ek folle minder gefoelich foar tafallige skea yn ferliking mei in skerpe râne).
Marginale modus fan bochtfalen:
As in bocht wurdt besocht op in heul dik wurkstik, dan sil de masine it net bûge, om't de klembalke gewoan opheft.(Gelokkich bart dit net op in dramatyske manier; de klembalke lit gewoan rêstich gean).
As de bûglêst lykwols mar wat grutter is dan de bûgkapasiteit fan 'e magneet, dan is it algemien wat bart dat de bocht oer 60 graden sil sizze en dan sil de klembalke efterút begjinne te gliden.Yn dizze modus fan mislearring kin de magneet allinich yndirekt de bûglêst wjerstean troch wriuwing te meitsjen tusken it wurkstik en it bêd fan 'e magneet.
It dikteferskil tusken in mislearring troch opheffing en in mislearring troch glide is oer it generaal net folle.
Lift-off mislearring komt trochdat it wurkstik de foarkant fan 'e klembalke nei boppen bringt.De klemkrêft oan 'e foarkant fan 'e klembalke is benammen wat dit ferset.Klemmen oan 'e efterkant hat net folle effekt, om't it tichtby is wêr't de klembalke wurdt draaid.Yn feite is it mar de helte fan 'e totale klemkrêft dy't it opheffen ferset.
Oan 'e oare kant wurdt sliding ferset troch de totale klemkrêft, mar allinich fia wriuwing, sadat de eigentlike wjerstân hinget ôf fan' e wriuwingskoëffisjint tusken it wurkstik en it oerflak fan 'e magneet.
Foar skjin en droech stiel kin de wriuwingskoëffisjint sa heech wêze as 0,8, mar as smering oanwêzich is dan kin it sa leech wêze as 0,2.Typysk sil it earne tusken wêze, sadat de marzjinale modus fan bochtfout meastal komt troch gliden, mar besykjen om wriuwing op it oerflak fan 'e magneet te fergrutsjen is fûn dat it net wurdich is.
Dikte Kapasiteit:
Foar in E-type magneet lichem 98mm breed en 48mm djip en mei in 3.800 ampère-turn coil, de folsleine lingte bûgen kapasiteit is 1,6mm.Dizze dikte jildt foar sawol stielblêd as aluminiumblêd.D'r sil minder klem wêze op 'e aluminiumplaat, mar it fereasket minder koppel om it te bûgen, sadat dit kompensearret op sa'n manier om ferlykbere gaugekapasiteit te jaan foar beide soarten metaal.
D'r moatte wat behertigingen wêze op 'e oanjûne bûgkapasiteit: De wichtichste is dat de opbringststerkte fan it plaatmetaal breed kin ferskille.De kapasiteit fan 1,6 mm jildt foar stiel mei in opbringsspanning fan oant 250 MPa en foar aluminium mei in opbringsspanning oant 140 MPa.
De dikte kapasiteit yn RVS is oer 1.0mm.Dizze kapasiteit is signifikant minder as foar de measte oare metalen, om't roestfrij stiel meastentiids net-magnetysk is en dochs in ridlik hege opbringsspanning hat.
In oare faktor is de temperatuer fan 'e magneet.As de magneet hyt wurde mocht, dan sil de wjerstân fan de spoel heger wêze en dat sil der op syn beurt soargje dat er minder stroom lûkt mei as gefolch legere ampère-draaien en legere klemkracht.(Dit effekt is normaal frij matig en it is net wierskynlik dat de masine net oan syn spesifikaasjes foldocht).
Ta beslút, dikker kapasiteit Magnabends koe wurde makke as de magneet dwerstrochsneed waard makke grutter.