ΘΕΜΕΛΙΩΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

Βασικός σχεδιασμός μαγνητών
Η μηχανή Magnabend έχει σχεδιαστεί ως ισχυρός μαγνήτης συνεχούς ρεύματος με περιορισμένο κύκλο λειτουργίας.
Το μηχάνημα αποτελείται από 3 βασικά μέρη:

Το σώμα μαγνήτη που αποτελεί τη βάση της μηχανής και περιέχει το πηνίο ηλεκτρομαγνήτη.

Η ράβδος σύσφιξης που παρέχει μια διαδρομή για μαγνητική ροή μεταξύ των πόλων της βάσης του μαγνήτη, και έτσι συσφίγγει το τεμάχιο κατεργασίας από φύλλο μετάλλου.

Η δοκός κάμψης που περιστρέφεται στο μπροστινό άκρο του σώματος του μαγνήτη και παρέχει ένα μέσο για την εφαρμογή δύναμης κάμψης στο τεμάχιο εργασίας.

Τρισδιάστατο μοντέλο:
Παρακάτω είναι ένα τρισδιάστατο σχέδιο που δείχνει τη βασική διάταξη των εξαρτημάτων σε έναν μαγνήτη τύπου U:

Κύκλος καθηκόντων

Η έννοια του κύκλου λειτουργίας είναι μια πολύ σημαντική πτυχή του σχεδιασμού του ηλεκτρομαγνήτη.Εάν ο σχεδιασμός προβλέπει περισσότερο κύκλο λειτουργίας από όσο χρειάζεται, τότε δεν είναι βέλτιστο.Περισσότερος κύκλος λειτουργίας σημαίνει εγγενώς ότι θα χρειαστεί περισσότερο σύρμα χαλκού (με συνακόλουθο υψηλότερο κόστος) ή/και θα υπάρχει λιγότερη διαθέσιμη δύναμη σύσφιξης.

Σημείωση: Ένας μαγνήτης υψηλότερου κύκλου λειτουργίας θα έχει λιγότερη απαγωγή ενέργειας που σημαίνει ότι θα καταναλώνει λιγότερη ενέργεια και επομένως θα είναι φθηνότερος στη λειτουργία του.Ωστόσο, επειδή ο μαγνήτης είναι ενεργοποιημένος μόνο για σύντομες περιόδους, το ενεργειακό κόστος λειτουργίας θεωρείται συνήθως πολύ μικρής σημασίας.Επομένως, η σχεδιαστική προσέγγιση είναι να έχετε όση διασπορά ισχύος μπορείτε να ξεφύγετε από την άποψη της μη υπερθέρμανσης των περιελίξεων του πηνίου.(Αυτή η προσέγγιση είναι κοινή στα περισσότερα σχέδια ηλεκτρομαγνητών).

Το Magnabend έχει σχεδιαστεί για ονομαστικό κύκλο λειτουργίας περίπου 25%.

Συνήθως χρειάζονται μόνο 2 ή 3 δευτερόλεπτα για να γίνει μια κάμψη.Στη συνέχεια, ο μαγνήτης θα είναι απενεργοποιημένος για άλλα 8 έως 10 δευτερόλεπτα, ενώ το τεμάχιο εργασίας επανατοποθετηθεί και ευθυγραμμιστεί έτοιμο για την επόμενη κάμψη.Εάν ξεπεραστεί ο κύκλος λειτουργίας του 25%, τελικά ο μαγνήτης θα ζεσταθεί πολύ και μια θερμική υπερφόρτωση θα σταματήσει.Ο μαγνήτης δεν θα καταστραφεί, αλλά θα πρέπει να αφεθεί να κρυώσει για περίπου 30 λεπτά πριν χρησιμοποιηθεί ξανά.

Η επιχειρησιακή εμπειρία με μηχανές στο πεδίο έχει δείξει ότι ο κύκλος λειτουργίας 25% είναι αρκετά επαρκής για τυπικούς χρήστες.Στην πραγματικότητα, ορισμένοι χρήστες έχουν ζητήσει προαιρετικές εκδόσεις υψηλής ισχύος του μηχανήματος που έχουν μεγαλύτερη δύναμη σύσφιξης σε βάρος του μικρότερου κύκλου λειτουργίας.

Magnabend Δύναμη Σύσφιξης:

Πρακτική δύναμη σύσφιξης:

Στην πράξη αυτή η υψηλή δύναμη σύσφιξης επιτυγχάνεται μόνο όταν δεν χρειάζεται(!), δηλαδή όταν λυγίζετε λεπτά τεμάχια κατεργασίας χάλυβα.Κατά την κάμψη μη σιδηρούχων τεμαχίων, η δύναμη θα είναι μικρότερη όπως φαίνεται στο παραπάνω γράφημα, και (λίγο περιέργως), είναι επίσης μικρότερη κατά την κάμψη τεμαχίων από χοντρό χάλυβα.Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη σύσφιξης που απαιτείται για να γίνει μια απότομη κάμψη είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για μια κάμψη ακτίνας.Αυτό που συμβαίνει λοιπόν είναι ότι καθώς προχωρά η κάμψη, το μπροστινό άκρο του σφιγκτήρα ανασηκώνεται ελαφρώς επιτρέποντας έτσι στο τεμάχιο εργασίας να σχηματίσει μια ακτίνα.

Το μικρό διάκενο αέρα που σχηματίζεται προκαλεί μια ελαφρά απώλεια της δύναμης σύσφιξης, αλλά η δύναμη που απαιτείται για να σχηματιστεί η κάμψη της ακτίνας έχει πέσει πιο απότομα από τη δύναμη σύσφιξης του μαγνήτη.Έτσι προκύπτει μια σταθερή κατάσταση και ο σφιγκτήρας δεν αφήνει να φύγει.

Αυτό που περιγράφεται παραπάνω είναι ο τρόπος κάμψης όταν η μηχανή βρίσκεται κοντά στο όριο πάχους της.Εάν δοκιμάσετε ένα ακόμη πιο χοντρό τεμάχιο εργασίας, τότε φυσικά ο σφιγκτήρας θα σηκωθεί.

Αυτό το διάγραμμα υποδηλώνει ότι εάν το άκρο της μύτης του σφιγκτήρα είχε μικρή ακτίνα, αντί να είναι αιχμηρό, τότε το διάκενο αέρα για παχιά κάμψη θα μειωνόταν.

Πράγματι αυτό είναι η περίπτωση και ένα σωστά κατασκευασμένο Magnabend θα έχει σφιγκτήρα με ακτινωτή άκρη.(Ένα άκρο με ακτίνα είναι επίσης πολύ λιγότερο επιρρεπές σε τυχαία ζημιά σε σύγκριση με ένα αιχμηρό άκρο).

Οριακή λειτουργία αποτυχίας κάμψης:

Εάν επιχειρήσετε μια κάμψη σε ένα πολύ χοντρό τεμάχιο εργασίας, τότε το μηχάνημα θα αποτύχει να το λυγίσει επειδή ο σφιγκτήρας απλά θα σηκωθεί.(Ευτυχώς αυτό δεν συμβαίνει με δραματικό τρόπο, ο σφιγκτήρας απλώς αφήνει να πάει ήσυχα).

Ωστόσο, εάν το φορτίο κάμψης είναι μόνο ελαφρώς μεγαλύτερο από την ικανότητα κάμψης του μαγνήτη, τότε γενικά αυτό που συμβαίνει είναι ότι η κάμψη θα συνεχίσει να λέει περίπου 60 μοίρες και στη συνέχεια ο σφιγκτήρας θα αρχίσει να ολισθαίνει προς τα πίσω.Σε αυτόν τον τρόπο αστοχίας ο μαγνήτης μπορεί να αντισταθεί μόνο έμμεσα στο φορτίο κάμψης δημιουργώντας τριβή μεταξύ του τεμαχίου εργασίας και της κλίνης του μαγνήτη.

Η διαφορά πάχους μεταξύ αστοχίας λόγω ανύψωσης και αστοχίας λόγω ολίσθησης γενικά δεν είναι πολύ μεγάλη.
Η αποτυχία ανύψωσης οφείλεται στο ότι το τεμάχιο εργασίας μοχλεύει το μπροστινό άκρο του σφιγκτήρα προς τα πάνω.Η δύναμη σύσφιξης στο μπροστινό άκρο του σφιγκτήρα είναι κυρίως αυτή που αντιστέκεται σε αυτό.Η σύσφιξη στο πίσω άκρο έχει μικρό αποτέλεσμα επειδή βρίσκεται κοντά στο σημείο που περιστρέφεται η ράβδος σύσφιξης.Στην πραγματικότητα είναι μόνο το ήμισυ της συνολικής δύναμης σύσφιξης που αντιστέκεται στην ανύψωση.

Από την άλλη πλευρά, η ολίσθηση αντιστέκεται από τη συνολική δύναμη σύσφιξης αλλά μόνο μέσω τριβής, επομένως η πραγματική αντίσταση εξαρτάται από τον συντελεστή τριβής μεταξύ του τεμαχίου εργασίας και της επιφάνειας του μαγνήτη.

Για καθαρό και στεγνό χάλυβα ο συντελεστής τριβής μπορεί να είναι τόσο υψηλός όσο 0,8 αλλά εάν υπάρχει λίπανση τότε μπορεί να είναι τόσο χαμηλός όσο 0,2.Συνήθως θα είναι κάπου στο ενδιάμεσο έτσι ώστε ο οριακός τρόπος αποτυχίας κάμψης να οφείλεται συνήθως σε ολίσθηση, αλλά οι προσπάθειες για αύξηση της τριβής στην επιφάνεια του μαγνήτη έχουν βρεθεί ότι δεν αξίζουν τον κόπο.

Χωρητικότητα πάχους:

Για σώμα μαγνήτη τύπου E πλάτους 98 mm και βάθους 48 mm και με πηνίο στροφής 3.800 αμπέρ, η ικανότητα κάμψης πλήρους μήκους είναι 1,6 mm.Αυτό το πάχος ισχύει τόσο για το φύλλο χάλυβα όσο και για το φύλλο αλουμινίου.Θα υπάρχει λιγότερη σύσφιξη στο φύλλο αλουμινίου, αλλά απαιτεί λιγότερη ροπή για να το κάμψει, ώστε αυτό να αντισταθμίζει με τέτοιο τρόπο ώστε να δίνει παρόμοια χωρητικότητα μετρητή και για τους δύο τύπους μετάλλων.

Πρέπει να υπάρχουν ορισμένες προειδοποιήσεις σχετικά με τη δηλωμένη ικανότητα κάμψης: Η κύρια είναι ότι η αντοχή διαρροής της λαμαρίνας μπορεί να ποικίλλει πολύ.Η χωρητικότητα 1,6 mm ισχύει για χάλυβα με τάση διαρροής έως 250 MPa και για αλουμίνιο με τάση διαρροής έως 140 MPa.

Η χωρητικότητα πάχους σε ανοξείδωτο χάλυβα είναι περίπου 1,0 mm.Αυτή η χωρητικότητα είναι σημαντικά μικρότερη από ό,τι για τα περισσότερα άλλα μέταλλα, επειδή ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι συνήθως μη μαγνητικός και ωστόσο έχει μια αρκετά υψηλή τάση διαρροής.

Ένας άλλος παράγοντας είναι η θερμοκρασία του μαγνήτη.Εάν ο μαγνήτης αφεθεί να ζεσταθεί, τότε η αντίσταση του πηνίου θα είναι υψηλότερη και αυτό με τη σειρά του θα αναγκάσει να τραβήξει λιγότερο ρεύμα με επακόλουθες χαμηλότερες στροφές αμπέρ και χαμηλότερη δύναμη σύσφιξης.(Αυτό το φαινόμενο είναι συνήθως αρκετά μέτριο και είναι απίθανο να προκαλέσει το μηχάνημα να μην πληροί τις προδιαγραφές του).

Τέλος, θα μπορούσαν να κατασκευαστούν Magnabends μεγαλύτερης χωρητικότητας εάν η διατομή του μαγνήτη γινόταν μεγαλύτερη.