Пресс для изготовления постоянных магнитов, из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле

 

Использование: прессование постоянных магнитов из порошковых фракций в поперечном магнитном поле. Сущность изобретения: пресс выполнен электромагнитным, снабжен жидкостным демпфером. Катушка электромагнитного пресса включена через тиристор параллельно резистору, включенному в цепи обмоток магнитной системы, а в цепи пускателя включен дроссель, зашунтированный диодом. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для прессования постоянных магнитов из порошковых фракций на основе редкоземельных металлов, ориентируемых в поперечном магнитном поле по отношению к усилию прессования.

Известен пресс для изготовления постоянных магнитов из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле [1] Известный пресс содержит средство для создания усилия прессования в виде приводных от гидросистемы пуансонов, средство формирования ориентированного магнитного поля в виде индукционных катушек, установленных на столе и образующих с ним магнитопровод.

Рабочий цикл такой схемы прессования занимает значительное время, определяемое скоростью движения плунжера гидроцилиндра и, в основном, из-за времени обратного хода, которое составляет десятки секунд. Кроме этого, схема на основе гидропресса содержит различные узлы, имеющие отдельные корпуса, станины, источники питания и т.д. что увеличивает вес и габариты устройства.

Целью изобретения является повышение производительности труда за счет сокращения цикла прессования и уменьшения весогабаритных характеристик устройства в целом.

Эта цель достигается тем, что электромагнитный пресс содержит неподвижную магнитную систему с обмотками, источник питания, устройство для создания усилия прессования. Устройство для создания усилия прессования выполнено в виде электромагнитного пресса, снабженного жидкостным демпфером, причем обмотка электромагнитного пресса включена через тиристор параллельно резистору, включенному в цепи обмоток магнитной системы, а в цепи пускателя включен дроссель, зашунтированный диодом.

Цель достигается тем, что в электромагнитном прессе снижается скорость движения якоря за счет использования жидкостного демпфера, а также в том, что часть магнитной системы для формирования магнитного поля используется в электромагнитном прессе, а источник питания обмоток магнитной системы и катушки является общим. Это позволяет конструктивно и электрически использовать общие функциональные элементы магнитной системы и электромагнитного пресса, что приводит к существенному снижению весогабаритных характеристик устройства в целом.

На фиг. 1 изображена схема пресса; на фиг. 2 электросхема питания обмоток и катушки электромагнитного пресса; на фиг. 3 эпюры токов и напряжений в схеме.

Конструктивно электромагнитный пресс содержит пластину 1, являющуюся частью магнитопровода магнитной системы с полюсами 2, обмотками 3, упорным штоком 4. На пластине 1 расположены катушка электромагнитного пресса 5, подвижный шток 6 с якорем 7, на котором установлены два жидкостных демпфера 8. Пресс-форма 9 расположена в воздушном зазоре магнитной системы на подвижном штоке 6.

Электросхема питания обмоток 3 и катушки 5 включает выпрямитель 10, пускатель 11, катушка пускателя 12 подключена через кнопку 13 "ПУСК" к питающей сети. В цепи пускателя 11 включен дроссель 14 с диодом 15. Конденсатор 16 шунтирует через резистор 17 обмотки 3 магнитной системы. Катушка электромагнитного пресса через тиристор 18 подключена к резистору, а управляющий электрод тиристора через резистор 19 подключен к аноду. Позициями также обозначены: 20 ток обмоток магнитной системы 3; 21 ток катушки электромагнитного пресса 5; 22 напряжение на резисторе 17; 23 напряжение конденсатора 16.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии шток 6 и якорь 7 находятся в нижнем состоянии под собственным весом. При включении кнопки "ПУСК" 13 срабатывает пускатель 11, и ток выпрямителя протекает по цепи дросселя 14, катушки 3, резистора 17. Дроссель 14 ограничивает пусковой ток конденсатора 1. С постоянной времени τ = L/R, где L суммарная индуктивность и сопротивление в цепи тока, ток в течение времени t₁ t₂ возрастает до требуемой величины, и магнитная система создает в воздушном зазоре требуемое значение магнитного поля В. В момент времени t₂ включается тиристор 18. Это достигается выбором соответствующей величины тока управления резистором 19, и подключается в цепь катушка 5. Якорь электромагнитного пресса 7 втягивается. Скорость его движения определяется временем перетекания жидкости из сжимаемого объема в свободный в демпфере 8. В момент времени t₃ заканчивается процесс прессования, кнопку "ПУСК" 13 размыкают, пускатель 11 отключает выпрямитель 10. Ток дросселя 14 замыкается по цепи диода 15, ток в обмотках 3 колебательно затухает, обеспечивая размагничивание спрессованного изделия. Ток в катушке 5 электромагнитного пресса из-за тиристора 18 и резистора 17 прекращается при достижении нулевого значения.

Обратный ход якоря 7 осуществляется под действием собственного веса, при этом в поршне жидкостного демпфера открывается обратный клапан, происходит смена пресс-формы и процесс повторяется. Подключение катушки 5 электромагнитного пресса в момент времени t₂ вызывает увеличение тока в обмотках магнитной системы. Но из-за большой постоянной времени обмотки 3 и катушки 5 можно пренебречь влиянием вихревых токов в объеме пресс-формы.

Таким образом, в предлагаемом электромагнитном прессе для прессования постоянных магнитов из порошковых фракций, ориентируемых в поперечном магнитном поле, поставленная цель повышение производительности и снижение весогабаритных характеристик достигнута за счет: объединения системы питания обмоток магнитного поля и катушки электромагнитного пресса; выбора максимально допустимой скорости прессования путем применения торможения якоря жидкостным демпфером; использования части магнитной системы в электромагнитном прессе.

В качестве примера практического исполнения выбран электромагнитный пресс для прессования постоянных магнитов с усилием до 5 тонн в рабочей зоне магнитной системы диаметром 100 х 60 мм с индукцией ≈1 Тл.

Для получения магнитной индукции 1 Тл в зазоре 60 мм требуется I·W ≥ 1·0,06/4π·10^-7= 48·10³ ампервитков.

С учетом полей рассеяния, падения напряженности на магнитопроводе принимаем I·W 60·10³ А·вит. Выпрямитель выбран трехфазный, однополупериодный от трехфазной сети с выпрямленным напряжением ≈240 В. Если в обмотках задается число витков 3≈2·10³, требуется рабочий ток 20 А. При сечении провода ≈4,5 мм² сопротивление обмоток будет ≈7 Ом. Отсюда величина сопротивления 17 составляет ≈5 Ом.

Электромагнитный пресс на тяговое усилие 5 тонн должен иметь диаметр якоря не менее 150 мм, в этом случае S_я ≈176 см² при индукции в зазоре ≈1,9 Тл. Конструкция электромагнитного пресса - двойного действия, так как имеется два воздушных зазора внутри катушки и снаружи катушки. Тяговое усилие электромагнита F 2,4 B²S_я будет создаваться при индукции в стали, близкой к насыщению, при воздушных зазорах между якорем 7 и основанием 1 ≅ 4-3 мм. Для обеспечения этого условия в обмотке 5 требуется ≈ 25·10³ А·вит. Учитывая, что ток в обмотке 5 пресса протекает более короткий интервал времени, чем в магнитной системе обмоток 3, сечение провода принимаем ≈3 мм², а число витков 1250. Сопротивление обмотки пресса при наших габаритах якоря ≈7 Ом.

Процесс прессования должен заканчиваться при зазоре в якоре 3 мм, а свободный ход пресса ≈40-60 мм. Для снижения скорости движения жидкостные демпферы (их надо применять два и более, симметрично располагая относительно оси якоря для исключения появления радиальных сил) должны быть рассчитаны на усилие 1-2 тонны. Если площадь поршня одного ≈≈20 см², давление жидкости будет достигать до 20 атм. При ходе поршня 40 мм объем перетекаемой жидкости ≈80 см². При скорости поршня ≈1 м/с, время прессования ≈0,25 с, и для перетекания жидкости, обладающий вязкостью моторного масла, требуется дросселирующее отверстие диаметром 2 мм. Отметим, что обратный клапан должен иметь отверстие не менее 5-6 мм. В качестве тиристора 18 принимает тиристор типа Т100-3, ток управления которого должен регулироваться в интервале 0,2-0,1 А. Отсюда величина резистора 19 при напряжении на резисторе 17 ≈R·I 7·20 140 В должна быть ≈1 кОм. В этом случае включение тиристора произойдет, когда ток в обмотках 3 достигнет требуемого значения ≈20 А.

В магнитной системе и электромагнитом прессе запасается энергия магнитного поля ≈1,5·10³ Дж, которая рекуперируется в конденсатор 16, т.е. его емкость должна быть ≈500 мкф, при этом максимальное напряжение на нем с учетом затухания LC контура будет достигать ≈1,2 кВ. Это напряжение должны выдерживать изоляция обмоток 3 относительно корпуса и разомкнутые контакты пускателя 11.

Величина индуктивности дросселя 14 выбирается с учетом снижения пускового тока заряда конденсатора 16 в момент срабатывания пускателя 11. Величина индуктивности дросселя ≈5·10^-3 Гн, ток ≈20 А. Диод выбираем на ток 20 А, напряжение 300 В. Отметим, что при указанных параметрах полюсов магнитной системы диаметром 100 мм, диаметре якоря электромагнитного пресса 150 мм, числах витков обмоток 3,5 и сечении меди вес системы не будет превышать 300 кг, основной материал ст. 3, ст. 20. При указанных параметрах постоянная времени магнитной системы 0,2 с, отсюда интервал времени t₁ t₂ ≈1 c, время прессования t₂ - t₃ ≈1 с, время колебательного затухания тока и размагничивания образца, возврат в исходное состояние якоря пресса ≈1 с. Таким образом, цикл работы пресса 3 с. Потребляемая мощность ≈6 кВт.

Формула изобретения

Пресс для изготовления постоянных магнитов из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, содержащий устройство для создания усилия прессования в виде упорного штока и пресс-формы с приводом его перемещения, средство формирования ориентированного магнитного поля в виде индукционных катушек, установленных на столе и образующих с ним магнитопровод, соединенных электросхемой с источником их питания, имеющий конденсатор и пускатель, отличающийся тем, что электросхема средства формирования ориентированного магнитного поля включает резистор, соединенный с цепью индукционной катушки, и дроссель, зашунтированный диодом с цепью пускателя, привод пресс-формы выполнен в виде электромагнита, якорь которого связан с пресс-формой, а его индукционная катушка установлена на столе, электромагнит снабжен жидкостным демпфером, установленным между столом и якорем, при этом электросхема электромагнита соединена параллельно с электросхемой средства формирования ориентируемого магнитного поля, включает тиристор, соединенный с цепью индукционной катушки электромагнита, и тиристор, соединенный с цепью параллельно резистору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3