Basis magneetontwerp
De Magnabend-machine is ontworpen als een krachtige DC-magneet met een beperkte inschakelduur.
De machine bestaat uit 3 basisonderdelen: -
Het magneetlichaam dat de basis van de machine vormt en de elektromagneetspoel bevat.
De klembalk die zorgt voor een pad voor magnetische flux tussen de polen van de magneetbasis en klemt daardoor het plaatstalen werkstuk vast.
De buigbalk die naar de voorrand van het magneetlichaam is gezwenkt en een middel vormt voor het uitoefenen van buigkracht op het werkstuk.
3d model:
Hieronder ziet u een 3D-tekening die de basisrangschikking van onderdelen in een U-type magneet laat zien:
Arbeidscyclus
Het concept van duty cycle is een zeer belangrijk aspect van het ontwerp van de elektromagneet.Als het ontwerp meer inschakelduur biedt dan nodig is, is het niet optimaal.Meer inschakelduur betekent inherent dat er meer koperdraad nodig zal zijn (met hogere kosten) en/of dat er minder klemkracht beschikbaar zal zijn.
Opmerking: een magneet met een hogere inschakelduur heeft minder vermogensdissipatie, wat betekent dat hij minder energie verbruikt en dus goedkoper in gebruik is.Omdat de magneet echter slechts korte perioden AAN staat, worden de energiekosten van de werking meestal als van zeer weinig belang beschouwd.De ontwerpbenadering is dus om zoveel mogelijk vermogensdissipatie te hebben als je kunt wegkomen in termen van het niet oververhitten van de wikkelingen van de spoel.(Deze benadering is gebruikelijk voor de meeste elektromagneetontwerpen).
De Magnabend is ontworpen voor een nominale inschakelduur van ongeveer 25%.
Meestal duurt het slechts 2 of 3 seconden om een bocht te maken.De magneet is dan nog 8 tot 10 seconden uitgeschakeld terwijl het werkstuk wordt verplaatst en uitgelijnd, klaar voor de volgende buiging.Als de 25% inschakelduur wordt overschreden, wordt de magneet uiteindelijk te heet en treedt een thermische overbelasting in werking.De magneet wordt niet beschadigd, maar moet ongeveer 30 minuten afkoelen voordat hij weer kan worden gebruikt.
Operationele ervaring met machines in het veld heeft aangetoond dat een inschakelduur van 25% voldoende is voor typische gebruikers.Sommige gebruikers hebben zelfs gevraagd om optionele krachtige versies van de machine die meer klemkracht hebben ten koste van een kortere inschakelduur.
Magnabend klemkracht:
Praktische klemkracht:
In de praktijk wordt deze hoge klemkracht alleen gerealiseerd wanneer deze niet nodig is(!), namelijk bij het buigen van dunne stalen werkstukken.Bij het buigen van non-ferro werkstukken zal de kracht minder zijn zoals weergegeven in de bovenstaande grafiek, en (een beetje merkwaardig genoeg) ook minder bij het buigen van dikke stalen werkstukken.Dit komt doordat de klemkracht die nodig is om een scherpe bocht te maken veel groter is dan die nodig is voor een radiusbocht.Dus wat er gebeurt, is dat naarmate de bocht vordert, de voorkant van de klembalk iets omhoog komt, waardoor het werkstuk een straal kan vormen.
De kleine luchtspleet die wordt gevormd, veroorzaakt een klein verlies aan klemkracht, maar de kracht die nodig is om de radiusbocht te vormen, is sterker gedaald dan de klemkracht van de magneet.Zo ontstaat er een stabiele situatie en laat de klembalk niet los.
Wat hierboven is beschreven, is de manier van buigen wanneer de machine in de buurt van zijn diktelimiet is.Als een nog dikker werkstuk wordt geprobeerd, zal de klembalk natuurlijk omhoog komen.
Dit diagram suggereert dat als de neusrand van de klembalk een beetje rond zou zijn in plaats van scherp, de luchtspleet voor dik buigen zou worden verkleind.
Dit is inderdaad het geval en een goed gemaakte Magnabend heeft een klembalk met een afgeronde rand.(Een afgeronde rand is ook veel minder vatbaar voor onopzettelijke schade in vergelijking met een scherpe rand).
Marginale modus van buigfalen:
Als wordt geprobeerd een zeer dik werkstuk te buigen, zal de machine het niet buigen omdat de klembalk er gewoon af zal komen.(Gelukkig gebeurt dit niet op een dramatische manier; de klembalk laat gewoon rustig los).
Als de buigbelasting echter maar iets groter is dan de buigcapaciteit van de magneet, dan gebeurt er in het algemeen dat de buiging ongeveer 60 graden zal zijn en dan begint de klembalk naar achteren te schuiven.In deze vorm van falen kan de magneet de buigbelasting alleen indirect weerstaan door wrijving tussen het werkstuk en het magneetbed te creëren.
Het dikteverschil tussen een breuk door opstijgen en een breuk door schuiven is over het algemeen niet heel veel.
Het mislukken van de lift is te wijten aan het feit dat het werkstuk de voorkant van de klembalk omhoog heft.De klemkracht aan de voorkant van de klembalk is voornamelijk wat hier weerstand aan biedt.Het klemmen aan de achterrand heeft weinig effect omdat het dicht bij de plaats is waar de klembalk wordt gezwenkt.In feite is het slechts de helft van de totale klemkracht die weerstand biedt tegen het optillen.
Aan de andere kant wordt glijden tegengegaan door de totale klemkracht, maar alleen via wrijving, zodat de werkelijke weerstand afhangt van de wrijvingscoëfficiënt tussen het werkstuk en het oppervlak van de magneet.
Voor schoon en droog staal kan de wrijvingscoëfficiënt zo hoog zijn als 0,8, maar als er smering aanwezig is, kan deze zo laag zijn als 0,2.Meestal zal het ergens tussenin zitten, zodat de marginale modus van het falen van de buiging meestal te wijten is aan glijden, maar pogingen om de wrijving op het oppervlak van de magneet te vergroten, zijn niet de moeite waard gebleken.
Dikte Capaciteit:
Voor een E-type magneetlichaam van 98 mm breed en 48 mm diep en met een spoel van 3.800 ampère-winding, is de buigcapaciteit over de volledige lengte 1,6 mm.Deze dikte geldt voor zowel staalplaat als aluminiumplaat.Er zal minder klem op de aluminiumplaat zijn, maar er is minder koppel nodig om deze te buigen, dus dit compenseert op een zodanige manier dat een vergelijkbare meetcapaciteit voor beide soorten metaal wordt verkregen.
Er moeten enkele kanttekeningen worden geplaatst bij de vermelde buigcapaciteit: de belangrijkste is dat de vloeigrens van het plaatwerk sterk kan variëren.De capaciteit van 1,6 mm geldt voor staal met een vloeigrens tot 250 MPa en voor aluminium met een vloeigrens tot 140 MPa.
De diktecapaciteit in roestvrij staal is ongeveer 1,0 mm.Deze capaciteit is beduidend minder dan bij de meeste andere metalen omdat roestvast staal doorgaans niet-magnetisch is en toch een redelijk hoge vloeispanning heeft.
Een andere factor is de temperatuur van de magneet.Als de magneet heet is geworden, zal de weerstand van de spoel hoger zijn en dit zal er op zijn beurt toe leiden dat deze minder stroom trekt met als gevolg lagere ampère-windingen en lagere klemkracht.(Dit effect is meestal vrij matig en het is onwaarschijnlijk dat de machine niet aan de specificaties voldoet).
Ten slotte zouden Magnabends met een grotere capaciteit gemaakt kunnen worden als de dwarsdoorsnede van de magneet groter zou worden gemaakt.
Posttijd: 27 aug-2021