MAGNABEND - MGA PUNDAMENTAL NA DISENYO SA PAGSASANAY
Pangunahing Disenyo ng Magnet
Ang Magnabend machine ay dinisenyo bilang isang malakas na DC magnet na may limitadong duty cycle.
Ang makina ay binubuo ng 3 pangunahing bahagi: -
Ang katawan ng magnet na bumubuo sa base ng makina at naglalaman ng electro-magnet coil.
Ang clamp bar na nagbibigay ng landas para sa magnetic flux sa pagitan ng mga pole ng magnet base, at sa gayon ay ikinakapit ang sheetmetal workpiece.
Ang bending beam na naka-pivote sa front edge ng magnet body at nagbibigay ng paraan para sa paglalapat ng bending force sa workpiece.
Mga Configuration ng Magnet-Body
Ang iba't ibang mga pagsasaayos ay posible para sa katawan ng magnet.
Narito ang 2 na parehong ginamit para sa Magnabend machine:
Ang mga putol-putol na pulang linya sa mga guhit sa itaas ay kumakatawan sa mga magnetic flux path.Tandaan na ang disenyo ng "U-Type" ay may iisang flux pathway (1 pares ng mga pole) samantalang ang "E-Type" na disenyo ay may 2 flux pathways (2 pares ng mga pole).
Paghahambing ng Configuration ng Magnet:
Ang configuration ng E-type ay mas mahusay kaysa sa configuration ng U-type.
Upang maunawaan kung bakit ito ay kaya isaalang-alang ang dalawang mga guhit sa ibaba.
Sa kaliwa ay isang cross-section ng isang U-type na magnet at sa kanan ay isang E-type na magnet na ginawa sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng 2 ng parehong U-type.Kung ang bawat pagsasaayos ng magnet ay hinihimok ng isang coil na may parehong ampere-turn, malinaw na ang double-up magnet (ang E-type) ay magkakaroon ng dobleng lakas ng clamping.Gumagamit din ito ng dobleng dami ng bakal ngunit halos wala nang wire para sa coil!(Ipagpalagay na isang mahabang disenyo ng coil).
(Ang maliit na halaga ng dagdag na wire ay kakailanganin lamang dahil ang 2 dalawang paa ng coil ay higit na magkahiwalay sa "E" na disenyo, ngunit ang labis na ito ay nagiging hindi gaanong mahalaga sa isang mahabang disenyo ng coil tulad ng ginamit para sa Magnabend).
Super Magnabend:
Upang makabuo ng mas malakas na magnet, ang konsepto ng "E" ay maaaring palawigin gaya ng double-E configuration na ito:
3-D na Modelo:
Nasa ibaba ang isang 3-D na pagguhit na nagpapakita ng pangunahing pag-aayos ng mga bahagi sa isang U-type na magnet:
Sa ganitong disenyo, ang mga poste sa Harap at Likod ay magkahiwalay na mga piraso at ikinakabit ng mga bolts sa piraso ng Core.
Bagama't sa prinsipyo, posibleng i-machine ang isang U-type na magnet body mula sa isang piraso ng bakal, pagkatapos ay hindi posible na i-install ang coil at sa gayon ang coil ay kailangang sugat sa situ (sa machined magnet body. ).
Sa isang sitwasyon ng produksyon, ito ay lubos na kanais-nais na ma-wind ang mga coils nang hiwalay (sa isang espesyal na dating).Kaya ang isang U-type na disenyo ay epektibong nagdidikta ng isang gawa-gawang konstruksyon.
Sa kabilang banda, ang E-type na disenyo ay angkop para sa isang magnet body na ginawa mula sa isang piraso ng bakal dahil ang isang pre-made coil ay madaling mai-install pagkatapos ma-machine ang katawan ng magnet.Ang isang single-piece magnet body ay gumaganap din nang mas mahusay sa magnetically dahil wala itong anumang mga construction gaps na kung hindi man ay makakabawas ng magnetic flux (at samakatuwid ang clamping force) ng kaunti.
(Karamihan sa mga Magnabends na ginawa pagkatapos ng 1990 ay gumamit ng E-type na disenyo).
Pagpili ng Materyal para sa Konstruksyon ng Magnet
Ang katawan ng magnet at ang clampbar ay dapat gawin mula sa ferromagnetic (magnetisable) na materyal.Ang bakal ay ang pinakamurang ferromagnetic na materyal at ang malinaw na pagpipilian.Gayunpaman mayroong iba't ibang mga espesyal na bakal na magagamit na maaaring isaalang-alang.
1) Silicon Steel : Mataas na resistivity steel na kadalasang magagamit sa manipis na mga lamination at ginagamit sa mga AC transformer, AC magnet, relay atbp. Ang mga katangian nito ay hindi kinakailangan para sa Magnabend na isang DC magnet.
2) Soft Iron : Ang materyal na ito ay magpapakita ng mas mababang natitirang magnetism na magiging mabuti para sa isang Magnabend machine ngunit ito ay pisikal na malambot na nangangahulugan na ito ay madaling mabutas at masira;mas mainam na lutasin ang natitirang problema ng magnetism sa ibang paraan.
3) Cast Iron : Hindi kasing daling ma-magneto gaya ng ginulong bakal ngunit maaaring isaalang-alang.
4) Stainless Steel Type 416 : Hindi maaaring i-magnetize nang kasing lakas ng bakal at mas mahal ito (ngunit maaaring maging kapaki-pakinabang para sa isang manipis na protective capping surface sa magnet body).
5) Stainless Steel Type 316 : Ito ay isang non-magnetic na haluang metal ng bakal at samakatuwid ay hindi angkop sa lahat (maliban sa 4 sa itaas).
6) Medium Carbon Steel, uri K1045 : Ang materyal na ito ay lubos na angkop para sa pagbuo ng magnet, (at iba pang bahagi ng makina).Ito ay makatwirang mahirap sa kondisyong ibinigay at maayos din itong makina.
7) Medium Carbon Steel type CS1020 : Ang bakal na ito ay hindi kasing tigas ng K1045 ngunit ito ay mas madaling makuha at sa gayon ay maaaring ang pinakapraktikal na pagpipilian para sa paggawa ng Magnabend machine.
Tandaan na ang mahahalagang katangian na kinakailangan ay:
Mataas na saturation magnetization.(Karamihan sa mga bakal na haluang metal ay mababad sa humigit-kumulang 2 Tesla),
Availability ng mga kapaki-pakinabang na laki ng seksyon,
Paglaban sa hindi sinasadyang pinsala,
Machinability, at
Makatwirang gastos.
Ang katamtamang carbon steel ay angkop sa lahat ng mga kinakailangang ito.Ang mababang carbon steel ay maaari ding gamitin ngunit ito ay hindi gaanong lumalaban sa hindi sinasadyang pinsala.Mayroon ding iba pang mga espesyal na haluang metal, tulad ng supermendur, na may mas mataas na saturation magnetization ngunit hindi sila dapat isaalang-alang dahil sa kanilang napakataas na halaga kumpara sa bakal.
Gayunpaman, ang medium carbon steel ay nagpapakita ng ilang natitirang magnetism na sapat na upang maging isang istorbo.(Tingnan ang seksyon sa Residual Magnetism).
Ang Coil
Ang coil ay kung ano ang nagtutulak sa magnetising flux sa pamamagitan ng electromagnet.Ang magnetising force nito ay produkto lamang ng bilang ng mga pagliko (N) at ng coil current (I).kaya:
N = bilang ng mga pagliko
I = kasalukuyang sa windings.
Ang hitsura ng "N" sa formula sa itaas ay humahantong sa isang karaniwang maling kuru-kuro.
Malawak na ipinapalagay na ang pagtaas ng bilang ng mga pagliko ay tataas ang magnetising force ngunit sa pangkalahatan ay hindi ito nangyayari dahil ang mga dagdag na pagliko ay binabawasan din ang kasalukuyang, I.
Isaalang-alang ang isang coil na ibinibigay sa isang nakapirming DC boltahe.Kung ang bilang ng mga pagliko ay nadoble kung gayon ang paglaban ng mga paikot-ikot ay madodoble din (sa isang mahabang likid) at sa gayon ang kasalukuyang ay magiging kalahati.Ang netong epekto ay walang pagtaas sa NI.
Ang talagang tumutukoy sa NI ay ang paglaban sa bawat pagliko.Kaya upang madagdagan ang NI ang kapal ng kawad ay dapat tumaas.Ang halaga ng mga dagdag na pagliko ay binabawasan nila ang kasalukuyang at samakatuwid ang pagwawaldas ng kapangyarihan sa likid.
Dapat alalahanin ng taga-disenyo na ang wire gauge ang talagang tumutukoy sa magnetising force ng coil.Ito ang pinakamahalagang parameter ng disenyo ng coil.
Ang produkto ng NI ay madalas na tinutukoy bilang ang "ampere turns" ng coil.
Ilang Ampere Turn ang Kailangan?
Ang bakal ay nagpapakita ng saturation magnetization na humigit-kumulang 2 Tesla at nagtatakda ito ng pangunahing limitasyon sa kung gaano karaming puwersa ng pag-clamping ang maaaring makuha.
Mula sa graph sa itaas nakita namin na ang lakas ng field na kinakailangan upang makakuha ng flux density na 2 Tesla ay humigit-kumulang 20,000 ampere-turns bawat metro.
Ngayon, para sa karaniwang disenyo ng Magnabend, ang haba ng flux path sa bakal ay humigit-kumulang 1/5th ng isang metro at samakatuwid ay mangangailangan ng (20,000/5) AT upang makagawa ng saturation, iyon ay mga 4,000 AT.
Magiging maganda na magkaroon ng mas maraming pagliko ng ampere kaysa dito upang ang saturation magnetization ay mapanatili kahit na kapag ang mga non-magnetic gaps (ibig sabihin, non-ferrous workpieces) ay ipinakilala sa magnetic circuit.Gayunpaman, ang mga dagdag na pagliko ng ampere ay maaari lamang makuha sa malaking halaga sa pagkawala ng kuryente o halaga ng copper wire, o pareho.Kaya kailangan ng kompromiso.
Ang mga tipikal na disenyo ng Magnabend ay may coil na gumagawa ng 3,800 ampere turns.
Tandaan na ang figure na ito ay hindi nakasalalay sa haba ng makina.Kung ang parehong magnetic na disenyo ay inilapat sa isang hanay ng mga haba ng makina, ito ay nagdidikta na ang mas mahahabang makina ay magkakaroon ng mas kaunting mga pag-ikot ng mas makapal na wire.Sila ay kukuha ng higit pang kabuuang kasalukuyang ngunit magkakaroon ng parehong produkto ng mga amps x na pagliko at magkakaroon ng parehong puwersa ng pag-clamping (at ang parehong power dissipation) bawat yunit ng haba.
Ikot ng tungkulin
Ang konsepto ng duty cycle ay isang napakahalagang aspeto ng disenyo ng electromagnet.Kung ang disenyo ay nagbibigay ng mas maraming duty cycle kaysa sa kinakailangan, hindi ito pinakamabuting kalagayan.Ang mas maraming duty cycle ay likas na nangangahulugan na mas maraming copper wire ang kakailanganin (na may kahihinatnang mas mataas na gastos) at/o magkakaroon ng mas kaunting clamping force na magagamit.
Tandaan: Ang isang mas mataas na duty cycle magnet ay magkakaroon ng mas kaunting power dissipation na nangangahulugan na ito ay gagamit ng mas kaunting enerhiya at sa gayon ay mas mura upang gumana.Gayunpaman, dahil ang magnet ay NAKA-ON sa mga maikling panahon lamang, ang halaga ng enerhiya ng pagpapatakbo ay karaniwang itinuturing na napakaliit ng kahalagahan.Kaya ang diskarte sa disenyo ay magkaroon ng mas maraming power dissipation na maaari mong makuha sa mga tuntunin ng hindi overheating ang windings ng coil.(Ang diskarte na ito ay karaniwan sa karamihan ng mga disenyo ng electromagnet).
Ang Magnabend ay idinisenyo para sa isang nominal na duty cycle na humigit-kumulang 25%.
Karaniwang tumatagal lamang ng 2 o 3 segundo upang makagawa ng isang liko.Ang magnet ay pagkatapos ay patayin para sa karagdagang 8 hanggang 10 segundo habang ang workpiece ay muling nakaposisyon at nakahanay na handa para sa susunod na liko.Kung ang 25% duty cycle ay nalampasan pagkatapos ay ang magnet ay magiging masyadong mainit at isang thermal overload ay trip.Hindi masisira ang magnet ngunit kailangan itong palamig ng humigit-kumulang 30 minuto bago gamitin muli.
Ang karanasan sa pagpapatakbo sa mga makina sa field ay nagpakita na ang 25% duty cycle ay lubos na sapat para sa mga karaniwang user.Sa katunayan ang ilang mga gumagamit ay humiling ng opsyonal na mga high power na bersyon ng makina na may higit na puwersa sa pag-clamping sa gastos ng mas kaunting duty cycle.
Coil Cross-Sectional Area
Ang cross sectional area na magagamit para sa coil ay tutukuyin ang maximum na dami ng copper wire na maaaring ilagay sa.Ang pagbibigay ng mas maraming espasyo para sa likid ay tiyak na magpapalaki sa laki ng magnet at magreresulta sa mas mahabang haba ng landas ng flux sa bakal (na magbabawas sa kabuuang pagkilos ng bagay).
Ang parehong argumento ay nagpapahiwatig na ang anumang puwang ng coil ay ibinigay sa disenyo dapat itong palaging puno ng tansong wire.Kung hindi ito puno, nangangahulugan ito na ang magnet geometry ay maaaring mas mahusay.
Magnabend Clamping Force:
Ang graph sa ibaba ay nakuha sa pamamagitan ng mga pang-eksperimentong sukat, ngunit medyo sumasang-ayon ito sa mga teoretikal na kalkulasyon.
Ang clamping force ay maaaring mathematically kalkulahin mula sa formula na ito:
F = puwersa sa Newtons
B = magnetic flux density sa Teslas
A = lugar ng mga pole sa m2
µ0 = pare-pareho ang magnetic permeability, (4π x 10-7)
Para sa isang halimbawa, kakalkulahin namin ang puwersa ng pag-clamping para sa density ng flux na 2 Tesla:
Kaya F = ½ (2)2 A/µ0
Para sa isang puwersa sa unit area (presyon) maaari naming i-drop ang "A" sa formula.
Kaya Presyon = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Lumalabas ito sa 1,590,000 N/m2.
Upang i-convert ito sa kilo na puwersa maaari itong hatiin sa g (9.81).
Kaya: Presyon = 162,080 kg/m2 = 16.2 kg/cm2.
Ito ay lubos na sumasang-ayon sa sinusukat na puwersa para sa isang zero gap na ipinapakita sa itaas na graph.
Ang figure na ito ay madaling ma-convert sa isang kabuuang clamping force para sa isang partikular na makina sa pamamagitan ng pagpaparami nito sa pole area ng makina.Para sa modelong 1250E ang pole area ay 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Kaya ang kabuuang, zero-gap, force ay magiging (735 x 16.2) = 11,900 kg o 11.9 tonelada;humigit-kumulang 9.5 tonelada bawat metro ng haba ng magnet.
Ang density ng flux at presyon ng Clamping ay direktang nauugnay at ipinapakita na naka-graph sa ibaba:
Praktikal na Clamping Force:
Sa pagsasagawa, ang mataas na puwersa ng pag-clamping na ito ay napagtanto lamang kapag hindi ito kinakailangan(!), iyon ay kapag baluktot ang mga manipis na workpiece na bakal.Kapag baluktot ang mga non-ferrous na workpiece ang puwersa ay magiging mas kaunti tulad ng ipinapakita sa graph sa itaas, at (medyo nakakagulat), mas mababa din ito kapag baluktot ang mga workpiece na makapal na bakal.Ito ay dahil ang puwersa ng pag-clamping na kailangan upang makagawa ng isang matalim na liko ay napakataas kaysa sa kinakailangan para sa isang radius na liko.Kaya kung ano ang mangyayari ay na habang ang liko ay nagpapatuloy ang harap na gilid ng clampbar ay bahagyang umaangat kaya pinapayagan ang workpiece na bumuo ng isang radius.
Ang maliit na air-gap na nabuo ay nagiging sanhi ng bahagyang pagkawala ng clamping force ngunit ang puwersa na kailangan para mabuo ang radius bend ay bumaba nang mas matindi kaysa sa magnet clamping force.Kaya ang isang matatag na sitwasyon ay nagreresulta at ang clampbar ay hindi bumibitaw.
Ang inilarawan sa itaas ay ang mode ng baluktot kapag ang makina ay malapit sa limitasyon ng kapal nito.Kung ang isang mas makapal na workpiece ay sinubukan pagkatapos ay siyempre ang clampbar ay aalis.
Ang diagram na ito ay nagmumungkahi na kung ang gilid ng ilong ng clampbar ay bahagyang na-radius, sa halip na matalim, kung gayon ang air gap para sa makapal na baluktot ay mababawasan.
Sa katunayan, ito ang kaso at ang isang maayos na ginawang Magnabend ay magkakaroon ng clampbar na may radiused na gilid.(Ang isang radiused edge ay hindi masyadong madaling kapitan ng aksidenteng pinsala kumpara sa isang matalim na gilid).
Marginal Mode ng Bend Failure:
Kung ang isang liko ay tinangka sa isang napakakapal na workpiece pagkatapos ay ang makina ay mabibigo na ito ay yumuko dahil ang clampbar ay lamang ang lift off.(Sa kabutihang palad hindi ito nangyayari sa isang dramatikong paraan; ang clampbar ay tahimik lamang na umalis).
Gayunpaman kung ang pag-load ng baluktot ay bahagyang mas malaki kaysa sa kapasidad ng baluktot ng magnet, sa pangkalahatan, ang mangyayari ay ang baluktot ay magpapatuloy na sabihin ang tungkol sa 60 degrees at pagkatapos ay ang clampbar ay magsisimulang mag-slide pabalik.Sa ganitong mode ng pagkabigo ang magnet ay maaari lamang labanan ang baluktot na load nang hindi direkta sa pamamagitan ng paglikha ng friction sa pagitan ng workpiece at ang kama ng magnet.
Ang pagkakaiba sa kapal sa pagitan ng isang pagkabigo dahil sa pag-angat at isang pagkabigo dahil sa pag-slide ay karaniwang hindi gaanong.
Ang pagkabigo sa pag-angat ay dahil sa pag-angat ng workpiece sa harap na gilid ng clampbar pataas.Ang puwersa ng pag-clamping sa harap na gilid ng clampbar ang pangunahing lumalaban dito.Ang pag-clamp sa likurang gilid ay may kaunting epekto dahil malapit ito sa kung saan ini-pivote ang clampbar.Sa katunayan ito ay kalahati lamang ng kabuuang puwersa ng pag-clamping na lumalaban sa pag-angat.
Sa kabilang banda, ang pag-slide ay nilalabanan ng kabuuang puwersa ng pag-clamping ngunit sa pamamagitan lamang ng friction kaya ang aktwal na pagtutol ay nakasalalay sa koepisyent ng friction sa pagitan ng workpiece at ng ibabaw ng magnet.
Para sa malinis at tuyo na bakal ang friction coefficient ay maaaring kasing taas ng 0.8 ngunit kung ang lubrication ay naroroon, maaari itong maging kasing baba ng 0.2.Kadalasan ito ay nasa isang lugar sa pagitan na ang marginal mode ng bend failure ay kadalasang dahil sa pag-slide, ngunit ang mga pagtatangka na pataasin ang friction sa ibabaw ng magnet ay nakitang hindi kapaki-pakinabang.
Kapasidad ng kapal:
Para sa isang E-type na magnet body na 98mm ang lapad at 48mm ang lalim at may 3,800 ampere-turn coil, ang buong haba ng bending capacity ay 1.6mm.Ang kapal na ito ay nalalapat sa parehong steel sheet at aluminum sheet.Magkakaroon ng mas kaunting clamping sa aluminum sheet ngunit nangangailangan ito ng mas kaunting metalikang kuwintas upang yumuko ito upang ito ay mabayaran sa paraang magbibigay ng magkatulad na kapasidad ng gauge para sa parehong uri ng metal.
Kailangang mayroong ilang mga caveat sa nakasaad na kapasidad ng baluktot: Ang pangunahing isa ay ang lakas ng ani ng sheet metal ay maaaring mag-iba nang malaki.Nalalapat ang 1.6mm na kapasidad sa bakal na may yield stress na hanggang 250 MPa at sa aluminum na may yield stress hanggang 140 MPa.
Ang kapal ng kapasidad sa hindi kinakalawang na asero ay tungkol sa 1.0mm.Ang kapasidad na ito ay makabuluhang mas mababa kaysa para sa karamihan ng iba pang mga metal dahil ang hindi kinakalawang na asero ay karaniwang non-magnetic at gayon pa man ay may isang makatwirang mataas na yield stress.
Ang isa pang kadahilanan ay ang temperatura ng magnet.Kung ang magnet ay pinahintulutan na maging mainit kung gayon ang resistensya ng coil ay magiging mas mataas at ito naman ay magiging sanhi ng paglabas nito ng mas kaunting kasalukuyang na may kalalabasang mas mababang ampere-turn at mas mababang puwersa ng pag-clamping.(Ang epektong ito ay karaniwang medyo katamtaman at malamang na hindi maging sanhi ng machine na hindi matugunan ang mga detalye nito).
Sa wakas, ang mas makapal na kapasidad Magnabends ay maaaring gawin kung ang magnet cross section ay ginawang mas malaki.