MAGNABEND - BATAYANG PAGDESIGN
Panguna nga Disenyo sa Magnet
Ang makina nga Magnabend gidisenyo isip usa ka kusgan nga DC magnet nga adunay limitado nga siklo sa katungdanan.
Ang makina naglangkob sa 3 nga sukaranan nga mga bahin: -
Ang magnet nga lawas nga nahimong base sa makina ug naglangkob sa electro-magnet coil.
Ang clamp bar nga naghatag usa ka agianan alang sa magnetic flux taliwala sa mga poste sa base sa magnet, ug sa ingon nag-clamp sa sheetmetal workpiece.
Ang bending beam nga gi-pivote sa atubangan nga ngilit sa magnet nga lawas ug naghatag usa ka paagi alang sa paggamit sa bending force sa workpiece.
Mga Konfigurasyon sa Magnet-Lawas
Ang lainlaing mga pag-configure posible alang sa magnet nga lawas.
Ania ang 2 nga pareho nga gigamit alang sa mga makina sa Magnabend:
Ang giputol-putol nga pula nga mga linya sa mga drowing sa ibabaw nagrepresentar sa magnetic flux nga mga agianan.Timan-i nga ang "U-Type" nga disenyo adunay usa ka flux nga agianan (1 pares sa mga poste) samtang ang "E-Type" nga disenyo adunay 2 ka flux nga agianan (2 ka parisan sa mga poste).
Pagkumpara sa Magnet Configuration:
Ang E-type nga configuration mas episyente kay sa U-type nga configuration.
Aron masabtan nganong ingon niini tagda ang duha ka drowing sa ubos.
Sa wala mao ang usa ka cross-section sa usa ka U-type nga magnet ug sa tuo usa ka E-type nga magnet nga gihimo pinaagi sa paghiusa sa 2 sa parehas nga U-types.Kung ang matag pag-configure sa magnet gimaneho sa usa ka coil nga adunay parehas nga ampere-turns unya klaro nga ang doble nga magnet (ang E-type) adunay doble nga kusog sa pag-clamping.Gigamit usab niini ang doble nga gidaghanon sa asero apan halos wala nay wire alang sa coil!(Nagtuo nga usa ka taas nga disenyo sa coil).
(Ang gamay nga kantidad sa dugang nga wire gikinahanglan lamang tungod kay ang 2 nga duha ka mga tiil sa coil labaw pa nga gilain sa "E" nga disenyo, apan kini nga sobra nahimong dili importante sa usa ka taas nga disenyo sa coil sama sa gigamit alang sa Magnabend).
Super Magnabend:
Aron makahimo og mas kusgan nga magnet ang "E" nga konsepto mahimong mapalapdan sama niining double-E configuration:
3-D nga Modelo:
Sa ubos usa ka 3-D nga drowing nga nagpakita sa sukaranan nga kahikayan sa mga bahin sa usa ka U-type nga magnet:
Niini nga disenyo ang Front ug Rear nga mga poste managlahi nga mga piraso ug gilakip sa mga bolt sa Core nga piraso.
Bisan kung sa prinsipyo, posible nga mag-machine ang usa ka U-type nga magnet nga lawas gikan sa usa ka piraso nga asero, dili na posible nga i-install ang coil ug sa ingon ang coil kinahanglan nga samad in situ (sa machined magnet body. ).
Sa usa ka sitwasyon sa produksyon kini mao ang kaayo tilinguhaon nga makahimo sa hangin sa mga coils gilain (sa usa ka espesyal nga kanhi).Sa ingon ang usa ka U-type nga disenyo epektibo nga nagdiktar sa usa ka hinimo-himo nga pagtukod.
Sa laing bahin ang E-type nga disenyo nagpahulam sa kaugalingon sa usa ka magnet nga lawas nga makina gikan sa usa ka piraso sa asero tungod kay ang usa ka pre-made coil dali nga ma-install pagkahuman ang magnet nga lawas na-machine.Ang usa ka single-piece nga magnet nga lawas mahimo usab nga mas maayo nga magnetically tungod kay wala kini bisan unsang mga gaps sa pagtukod nga kung dili makapakunhod sa magnetic flux (ug busa ang puwersa sa pag-clamping) gamay.
(Kadaghanan sa Magnabends nga gihimo pagkahuman sa 1990 naggamit sa E-type nga disenyo).
Pagpili sa Materyal alang sa Magnet Construction
Ang magnet nga lawas ug ang clampbar kinahanglan nga hinimo gikan sa ferromagnetic (magnetisable) nga materyal.Ang asero mao ang labing barato nga materyal nga ferromagnetic ug mao ang klaro nga kapilian.Bisan pa, adunay lainlaing mga espesyal nga asero nga magamit nga mahimong konsiderahon.
1) Silicon Steel : Taas nga resistivity steel nga kasagaran anaa sa nipis nga mga lamination ug gigamit sa AC transformers, AC magnets, relays ug uban pa Ang mga kabtangan niini wala gikinahanglan alang sa Magnabend nga usa ka DC magnet.
2) Mahumok nga Iron: Kini nga materyal magpakita sa ubos nga nahabilin nga magnetism nga maayo alang sa usa ka Magnabend nga makina apan kini humok sa pisikal nga nagpasabut nga kini dali nga madaot ug madaot;mas maayo nga sulbaron ang nahabilin nga problema sa magnetism sa laing paagi.
3) Cast Iron: Dili dali nga ma-magnetize sama sa giligid nga asero apan mahimong isipon.
4) Stainless Steel Type 416 : Dili mahimong magnetised sama ka kusog sa asero ug mas mahal (apan mahimong mapuslanon alang sa nipis nga protective capping surface sa magnet body).
5) Stainless Steel Type 316 : Kini usa ka non-magnetic nga haluang metal sa asero ug busa dili angay sa tanan (gawas sa 4 sa ibabaw).
6) Medium Carbon Steel, type K1045 : Kini nga materyal mao ang eminently angay alang sa pagtukod sa magnet, (ug uban pang mga bahin sa makina).Kini makatarunganon nga lisud sa ingon nga gihatag nga kondisyon ug maayo usab kini nga makina.
7) Medium Carbon Steel type CS1020 : Kini nga asero dili kaayo gahi sama sa K1045 apan kini mas dali nga magamit ug sa ingon mahimo nga labing praktikal nga pagpili alang sa pagtukod sa Magnabend machine.
Matikdi nga ang importante nga mga kabtangan nga gikinahanglan mao ang:
Taas nga saturation magnetization.(Kadaghanan sa steel alloys saturate sa mga 2 Tesla),
Anaa sa mapuslanon nga mga gidak-on sa seksyon,
Pagbatok sa sulagma nga kadaot,
Machinability, ug
Makatarunganon nga gasto.
Ang medium nga carbon steel mohaum sa tanan niini nga mga kinahanglanon.Ang mubu nga carbon steel mahimo usab nga gamiton apan kini dili kaayo makasugakod sa sulagma nga kadaot.Adunay usab adunay uban pang mga espesyal nga mga haluang metal, sama sa supermendur, nga adunay mas taas nga saturation magnetization apan dili kini angay isipon tungod sa ilang taas nga gasto kumpara sa asero.
Ang medium nga carbon steel bisan pa niana nagpakita sa pipila ka nahabilin nga magnetism nga igo na nga mahimong usa ka nuisance.(Tan-awa ang seksyon sa Residual Magnetism).
Ang Coil
Ang coil mao ang nagduso sa magnetising flux pinaagi sa electromagnet.Ang magnetising force niini kay produkto lang sa gidaghanon sa mga turno (N) ug sa coil current (I).Sa ingon:
N = gidaghanon sa mga turno
I = kasamtangan sa windings.
Ang dagway sa "N" sa ibabaw nga pormula modala ngadto sa usa ka komon nga sayop nga pagsabut.
Gituohan sa kadaghanan nga ang pagdugang sa gidaghanon sa mga liko makadugang sa puwersa sa magnetising apan sa kasagaran dili kini mahitabo tungod kay ang mga dugang nga pagliko makapakunhod usab sa kasamtangan, I.
Hunahunaa ang usa ka coil nga gihatag sa usa ka pirmi nga boltahe sa DC.Kung ang gidaghanon sa mga liko madoble unya ang pagsukol sa mga windings madoble usab (sa usa ka taas nga coil) ug sa ingon ang kasamtangan matunga.Ang net nga epekto walay pagtaas sa NI.
Ang tinuod nga nagtino sa NI mao ang resistensya matag turno.Busa aron madugangan ang NI ang gibag-on sa wire kinahanglan nga madugangan.Ang bili sa dugang nga mga turno mao nga sila sa pagkunhod sa kasamtangan ug busa ang gahum pagkawagtang sa coil.
Ang tigdesinyo kinahanglan nga mahunahunaon nga ang wire gauge mao ang tinuod nga nagtino sa magnetising force sa coil.Kini ang labing hinungdanon nga parameter sa disenyo sa coil.
Ang produkto sa NI sagad gitawag nga "ampere turns" sa coil.
Pila ka Ampere Turns ang Gikinahanglan?
Ang asero nagpakita sa usa ka saturation magnetization nga mga 2 Tesla ug kini nagtakda sa usa ka sukaranang limitasyon sa kung unsa kadaghan ang clamping force nga makuha.
Gikan sa ibabaw nga graph atong makita nga ang field kusog nga gikinahanglan sa pagkuha sa flux density sa 2 Tesla kay mga 20,000 ampere-turns kada metro.
Karon, alang sa usa ka tipikal nga disenyo sa Magnabend, ang flux path nga gitas-on sa steel mga 1/5th sa usa ka metro ug busa magkinahanglan (20,000/5) AT aron makahimo og saturation, nga mga 4,000 AT.
Maayo nga adunay daghang mga pagliko sa ampere kaysa niini aron ang saturation magnetization mapadayon bisan kung ang mga non-magnetic gaps (ie non-ferrous workpieces) gipaila sa magnetic circuit.Bisan pa, ang dugang nga pagliko sa ampere mahimo ra makuha sa daghang gasto sa pagkawala sa kuryente o gasto sa copper wire, o pareho.Busa gikinahanglan ang pagkompromiso.
Ang kasagaran nga mga disenyo sa Magnabend adunay usa ka coil nga nagpatunghag 3,800 ampere turns.
Timan-i nga kini nga numero wala magdepende sa gitas-on sa makina.Kung ang parehas nga magnetic nga disenyo gipadapat sa lainlaing mga gitas-on sa makina nan kini nagdiktar nga ang mas taas nga mga makina adunay gamay nga pagliko sa mas baga nga wire.Magkuha sila og mas daghang total nga kasamtangan apan adunay parehas nga produkto sa amps x turns ug adunay parehas nga clamping force (ug parehas nga pagkawala sa kuryente) matag yunit sa gitas-on.
Siklo sa Katungdanan
Ang konsepto sa siklo sa katungdanan usa ka hinungdanon nga aspeto sa disenyo sa electromagnet.Kung ang disenyo naghatag alang sa dugang nga siklo sa katungdanan kay sa gikinahanglan nan kini dili labing maayo.Ang dugang nga siklo sa katungdanan sa kinaiyanhon nagpasabot nga mas daghang copper wire ang gikinahanglan (uban ang mas taas nga gasto) ug/o adunay gamay nga clamping force nga magamit.
Mubo nga sulat: Ang usa ka mas taas nga duty cycle magnet adunay gamay nga pagkawala sa kuryente nga nagpasabut nga kini mogamit og gamay nga enerhiya ug sa ingon mas barato sa pag-operate.Bisan pa, tungod kay ang magnet ON sa mubu nga mga panahon, ang gasto sa enerhiya sa operasyon kasagarang giisip nga gamay ra kaayo nga kahulogan.Sa ingon ang pamaagi sa pagdesinyo mao ang pagbaton og daghang pagkawala sa gahum nga mahimo nimong makuha sa mga termino sa dili pagpainit sa mga windings sa coil.(Kini nga pamaagi kasagaran sa kadaghanan sa mga disenyo sa electromagnet).
Ang Magnabend gidisenyo alang sa usa ka nominal nga siklo sa katungdanan nga mga 25%.
Kasagaran kini nagkinahanglan lamang og 2 o 3 segundos sa paghimo sa usa ka liko.Ang magnet unya mapalong sa dugang nga 8 hangtod 10 segundos samtang ang workpiece gi-reposition ug gi-align nga andam alang sa sunod nga liko.Kung ang 25% nga siklo sa katungdanan nalapas unya sa kadugayan ang magnet mahimong init kaayo ug ang usa ka sobra nga kainit sa kainit mobiyahe.Ang magnet dili madaot apan kini kinahanglan nga pabugnawan sulod sa mga 30 minutos sa dili pa gamiton pag-usab.
Ang kasinatian sa operasyon sa mga makina sa uma nagpakita nga ang 25% nga siklo sa katungdanan igo na alang sa kasagaran nga mga tiggamit.Sa tinuud ang pipila nga mga tiggamit nangayo nga opsyonal nga mga bersyon sa taas nga gahum sa makina nga adunay daghang kusog nga pag-clamping sa gasto sa dili kaayo siklo sa katungdanan.
Coil Cross-Sectional Area
Ang cross sectional area nga magamit alang sa coil maoy magdeterminar sa pinakataas nga gidaghanon sa copper wire nga mahimong ihaum.Ang paghatag og dugang nga luna alang sa coil dili kalikayan nga makadugang sa gidak-on sa magnet ug moresulta sa mas taas nga flux path length sa steel (nga makapakunhod sa total flux).
Ang sama nga argumento nagpasabot nga bisan unsa nga coil space nga gihatag sa disenyo kinahanglan kini kanunay nga puno sa copper wire.Kung dili kini puno nan kini nagpasabut nga ang magnet geometry mahimong mas maayo.
Magnabend Clamping Force:
Ang graph sa ubos nakuha pinaagi sa eksperimento nga mga pagsukod, apan kini uyon kaayo sa teoretikal nga kalkulasyon.
Ang clamping force mahimong mathematically kalkulado gikan niini nga pormula:
F = pwersa sa Newtons
B = magnetic flux density sa Teslas
A = area sa mga poste sa m2
µ0 = kanunay nga magnetic permeability, (4π x 10-7)
Alang sa usa ka pananglitan atong kuwentahon ang clamping force alang sa flux density sa 2 Tesla:
Busa F = ½ (2)2 A/µ0
Alang sa usa ka puwersa sa unit area (pressure) mahimo natong ihulog ang "A" sa pormula.
Busa Pressure = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Migawas kini sa 1,590,000 N/m2.
Aron makombertir kini ngadto sa mga kilo nga puwersa mahimo kining bahinon sa g (9.81).
Busa: Presyon = 162,080 kg/m2 = 16.2 kg/cm2.
Nahiuyon kini nga maayo sa gisukod nga puwersa alang sa usa ka zero nga gintang nga gipakita sa ibabaw nga graph.
Kini nga numero dali nga makombertir sa usa ka kinatibuk-ang puwersa sa pag-clamping alang sa usa ka gihatag nga makina pinaagi sa pagpadaghan niini sa pole area sa makina.Alang sa modelo nga 1250E ang pole area mao ang 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Busa ang kinatibuk-an, zero-gap, puwersa mahimong (735 x 16.2) = 11,900 kg o 11.9 tonelada;mga 9.5 ka tonelada kada metro sa magnet nga gitas-on.
Ang densidad sa flux ug ang presyur sa Clamping direktang may kalabutan ug gipakita sa graph sa ubos:
Praktikal nga Clamping Force:
Sa praktis kining taas nga puwersa sa pag-clamping matuman lamang kung wala kini gikinahanglan(!), Kana mao ang pagduko sa nipis nga steel workpieces.Kung ang pagduko sa mga non-ferrous nga workpiece ang puwersa mahimong dili kaayo sama sa gipakita sa graph sa ibabaw, ug (gamay nga katingad-an), kini usab gamay kung giduko ang baga nga mga workpiece nga asero.Kini tungod kay ang clamping force nga gikinahanglan sa paghimo sa usa ka hait nga liko mas taas pa kay sa gikinahanglan alang sa usa ka radius bend.Mao nga kung unsa ang mahitabo mao nga samtang ang liko nagpadayon ang atubangang ngilit sa clampbar motaas gamay sa ingon gitugotan ang workpiece nga maporma ang usa ka radius.
Ang gamay nga gintang sa hangin nga naporma hinungdan sa usa ka gamay nga pagkawala sa puwersa sa pag-clamping apan ang puwersa nga gikinahanglan aron maporma ang radius bend mas mius-os kay sa kusog sa pag-clamping sa magnet.Sa ingon ang usa ka lig-on nga kahimtang moresulta ug ang clampbar dili buhian.
Unsa ang gihulagway sa ibabaw mao ang paagi sa bending sa diha nga ang makina duol sa iyang gibag-on nga limitasyon.Kung ang usa ka labi ka baga nga workpiece gisulayan nan siyempre ang clampbar mawala.
Kini nga diagram nagsugyot nga kung ang ngilit sa ilong sa clampbar gamay ra, imbes nga mahait, nan ang gintang sa hangin alang sa baga nga pagduko maminusan.
Sa tinuud kini ang kaso ug ang usa ka husto nga gihimo nga Magnabend adunay usa ka clampbar nga adunay usa ka radiused sulab.(Ang usa ka radiused nga ngilit dili kaayo prone sa aksidente nga kadaot kon itandi sa usa ka hait nga ngilit).
Marginal Mode of Bend Failure:
Kung ang usa ka liko gisulayan sa usa ka baga kaayo nga workpiece unya ang makina mapakyas sa pagduko niini tungod kay ang clampbar motangtang ra.(Maayo na lang nga wala kini mahitabo sa usa ka dramatikong paagi; ang clampbar nagpasa sa hilom).
Apan kung ang bending load gamay ra nga mas dako kaysa sa bending capacity sa magnet unya kasagaran ang mahitabo mao nga ang bend magpadayon sa pag-ingon mga 60 degrees ug unya ang clampbar magsugod sa pag-slide paatras.Niini nga paagi sa kapakyasan ang magnet makasukol lamang sa bending load sa dili direkta nga paagi pinaagi sa paghimo sa friction tali sa workpiece ug sa higdaanan sa magnet.
Ang gibag-on nga kalainan tali sa usa ka kapakyasan tungod sa pag-alsa ug usa ka kapakyasan tungod sa pag-slide kasagaran dili kaayo.
Ang pagkapakyas sa pag-alsa tungod sa workpiece nga nag-lever sa atubangang ngilit sa clampbar pataas.Ang clamping force sa atubangan nga ngilit sa clampbar mao ang nag-una sa kung unsa ang mosukol niini.Ang pag-clamp sa likod nga ngilit adunay gamay nga epekto tungod kay kini duol sa diin ang clampbar gi-pivote.Sa pagkatinuod kini katunga lamang sa kinatibuk-ang puwersa sa pag-clamping nga mosukol sa pag-alsa.
Sa laing bahin ang pag-slide gisukol sa kinatibuk-ang puwersa sa pag-clamping apan pinaagi lamang sa friction mao nga ang aktuwal nga pagsukol nagdepende sa coefficient sa friction tali sa workpiece ug sa nawong sa magnet.
Alang sa limpyo ug uga nga asero ang friction coefficient mahimong ingon ka taas sa 0.8 apan kung ang lubrication anaa nan kini mahimong ubos sa 0.2.Kasagaran kini anaa sa usa ka dapit sa taliwala sa ingon nga ang marginal nga paagi sa pagkapakyas sa bend kasagaran tungod sa pag-slide, apan ang mga pagsulay sa pagdugang sa friction sa ibabaw sa magnet nakit-an nga dili mapuslanon.
Gibag-on nga Kapasidad:
Alang sa usa ka E-type nga magnet nga lawas nga 98mm ang gilapdon ug 48mm ang giladmon ug adunay 3,800 ampere-turn coil, ang tibuuk nga gitas-on nga bending nga kapasidad mao ang 1.6mm.Kini nga gibag-on magamit sa parehas nga steel sheet ug aluminum sheet.Adunay gamay nga pag-clamping sa aluminum sheet apan nagkinahanglan kini og gamay nga torque sa pagduko niini aron kini makabayad sa paagi nga makahatag og susama nga kapasidad sa gauge alang sa duha ka matang sa metal.
Kinahanglan nga adunay pipila ka mga pasidaan sa gipahayag nga kapasidad sa pagyukbo: Ang nag-unang usa mao nga ang kusog sa ani sa sheet metal mahimong magkalainlain.Ang 1.6mm nga kapasidad magamit sa asero nga adunay gibug-aton nga abot hangtod sa 250 MPa ug sa aluminyo nga adunay gibug-aton nga abot hangtod sa 140 MPa.
Ang gibag-on nga kapasidad sa stainless steel mga 1.0mm.Kini nga kapasidad mas ubos kay sa kadaghanan sa ubang mga metal tungod kay ang stainless steel kasagaran non-magnetic ug bisan pa adunay igo nga taas nga stress sa ani.
Ang laing hinungdan mao ang temperatura sa magnet.Kung ang magnet gitugotan nga mahimong init unya ang resistensya sa coil mahimong labi ka taas ug kini sa baylo hinungdan nga kini mokuha ug gamay nga karon nga adunay sangputanan nga ubos nga ampere-turns ug ubos nga puwersa sa pag-clamping.(Kini nga epekto kasagaran medyo kasarangan ug dili mahimo nga hinungdan sa makina nga dili makab-ot ang mga detalye niini).
Sa katapusan, ang mas baga nga kapasidad Magnabends mahimo kung ang magnet cross section gihimo nga mas dako.