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 = 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 IW 10,06/410^-7= 4810³ ампервитков.

С учетом полей рассеяния, падения напряженности на магнитопроводе принимаем IW 6010³ Авит. Выпрямитель выбран трехфазный, однополупериодный от трехфазной сети с выпрямленным напряжением 240 В. Если в обмотках задается число витков 3210³, 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 2510³ Авит. 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 RI 720 140 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 1,510³ 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 510^-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