Design di base del magnete
La macchina Magnabend è progettata come un potente magnete DC con duty cycle limitato.
La macchina è composta da 3 parti fondamentali:-
Il corpo del magnete che costituisce la base della macchina e contiene la bobina dell'elettromagnete.
La barra di bloccaggio che fornisce un percorso per il flusso magnetico tra i poli della base del magnete e quindi blocca il pezzo in lamiera.
La trave di flessione che è imperniata al bordo anteriore del corpo del magnete e fornisce un mezzo per applicare una forza di flessione al pezzo in lavorazione.
Modello 3D:
Di seguito è riportato un disegno 3D che mostra la disposizione di base delle parti in un magnete di tipo U:
Ciclo di lavoro
Il concetto di duty cycle è un aspetto molto importante nella progettazione dell'elettromagnete.Se il progetto prevede un ciclo di lavoro maggiore del necessario, non è ottimale.Un ciclo di lavoro maggiore significa intrinsecamente che sarà necessario più filo di rame (con conseguente costo più elevato) e/o sarà disponibile una forza di serraggio inferiore.
Nota: un magnete con ciclo di lavoro più elevato avrà una dissipazione di potenza inferiore, il che significa che utilizzerà meno energia e quindi sarà più economico da utilizzare.Tuttavia, poiché il magnete è acceso solo per brevi periodi, il costo energetico del funzionamento è generalmente considerato di scarsa importanza.Pertanto, l'approccio progettuale consiste nell'avere la massima dissipazione di potenza possibile in termini di non surriscaldamento degli avvolgimenti della bobina.(Questo approccio è comune alla maggior parte dei modelli di elettromagneti).
Il Magnabend è progettato per un ciclo di lavoro nominale di circa il 25%.
In genere ci vogliono solo 2 o 3 secondi per fare una curva.Il magnete si spegnerà per altri 8-10 secondi mentre il pezzo viene riposizionato e allineato pronto per la piega successiva.Se viene superato il ciclo di lavoro del 25%, alla fine il magnete si surriscalda e si verifica un sovraccarico termico.Il magnete non verrà danneggiato ma dovrà essere lasciato raffreddare per circa 30 minuti prima di essere riutilizzato.
L'esperienza operativa con macchine sul campo ha dimostrato che il ciclo di lavoro del 25% è abbastanza adeguato per gli utenti tipici.Infatti alcuni utenti hanno richiesto versioni opzionali della macchina ad alta potenza che hanno una maggiore forza di chiusura a scapito di un minor duty cycle.
Forza di serraggio Magnabend:
Forza di serraggio pratica:
In pratica questa elevata forza di serraggio si realizza solo quando non è necessaria(!), cioè quando si piegano pezzi sottili di acciaio.Quando si piegano pezzi non ferrosi, la forza sarà inferiore, come mostrato nel grafico sopra, e (un po' curiosamente), è anche inferiore quando si piegano pezzi in acciaio spesso.Ciò è dovuto al fatto che la forza di serraggio necessaria per eseguire una curvatura stretta è molto più elevata di quella necessaria per una curva a raggio.Quindi quello che succede è che mentre la piega procede, il bordo anteriore della staffa di bloccaggio si solleva leggermente consentendo così al pezzo di formare un raggio.
Il piccolo traferro che si forma provoca una leggera perdita di forza di bloccaggio, ma la forza necessaria per formare la curvatura del raggio è diminuita più bruscamente rispetto alla forza di bloccaggio del magnete.Ne risulta così una situazione stabile e la staffa di fissaggio non si lascia andare.
Quanto sopra descritto è la modalità di piegatura quando la macchina è vicina al suo limite di spessore.Se si prova un pezzo ancora più spesso, ovviamente la staffa di bloccaggio si solleverà.
Questo diagramma suggerisce che se il bordo anteriore della staffa di fissaggio fosse leggermente raccordato, anziché affilato, il traferro per la flessione spessa sarebbe ridotto.
In effetti questo è il caso e un Magnabend correttamente realizzato avrà un morsetto con un bordo arrotondato.(Un bordo arrotondato è anche molto meno soggetto a danni accidentali rispetto a uno spigolo vivo).
Modalità marginale di errore di piega:
Se si tenta di piegare un pezzo molto spesso, la macchina non riuscirà a piegarlo perché la staffa di bloccaggio si solleverà semplicemente.(Fortunatamente questo non avviene in modo drammatico; il morsetto si lascia semplicemente andare tranquillamente).
Tuttavia, se il carico di flessione è solo leggermente superiore alla capacità di flessione del magnete, in genere ciò che accade è che la curva procederà a circa 60 gradi e quindi la staffa di fissaggio inizierà a scorrere all'indietro.In questa modalità di guasto il magnete può resistere al carico di flessione solo indirettamente creando attrito tra il pezzo e il letto del magnete.
La differenza di spessore tra un cedimento dovuto al sollevamento e un cedimento dovuto allo scorrimento generalmente non è molto elevata.
Il mancato sollevamento è dovuto al fatto che il pezzo in lavorazione fa leva sul bordo anteriore della staffa di bloccaggio verso l'alto.La forza di serraggio sul bordo anteriore della staffa di fissaggio è principalmente ciò che resiste a questo.Il bloccaggio sul bordo posteriore ha scarso effetto perché è vicino al punto in cui viene ruotata la barra di bloccaggio.Infatti è solo la metà della forza di bloccaggio totale che resiste al sollevamento.
D'altra parte, lo scorrimento è contrastato dalla forza di bloccaggio totale ma solo dall'attrito, quindi la resistenza effettiva dipende dal coefficiente di attrito tra il pezzo e la superficie del magnete.
Per l'acciaio pulito e asciutto il coefficiente di attrito può arrivare fino a 0,8, ma se è presente lubrificazione, potrebbe arrivare fino a 0,2.Tipicamente sarà una via di mezzo tale che la modalità marginale di rottura per piegatura è solitamente dovuta allo scorrimento, ma si è scoperto che i tentativi di aumentare l'attrito sulla superficie del magnete non valgono la pena.
Capacità di spessore:
Per un corpo del magnete di tipo E largo 98 mm e profondo 48 mm e con una bobina da 3.800 ampere-giro, la capacità di piegatura dell'intera lunghezza è di 1,6 mm.Questo spessore si applica sia alla lamiera di acciaio che alla lamiera di alluminio.Ci sarà meno bloccaggio sul foglio di alluminio, ma richiede meno coppia per piegarlo, quindi questo compensa in modo tale da fornire una capacità di calibro simile per entrambi i tipi di metallo.
Devono esserci alcuni avvertimenti sulla capacità di piegatura dichiarata: Il principale è che la resistenza allo snervamento della lamiera può variare notevolmente.La capacità di 1,6 mm si applica all'acciaio con uno snervamento fino a 250 MPa e all'alluminio con uno snervamento fino a 140 MPa.
La capacità di spessore in acciaio inox è di circa 1,0 mm.Questa capacità è significativamente inferiore rispetto alla maggior parte degli altri metalli perché l'acciaio inossidabile è solitamente non magnetico e tuttavia ha una sollecitazione di snervamento ragionevolmente elevata.
Un altro fattore è la temperatura del magnete.Se il magnete è stato lasciato riscaldarsi, la resistenza della bobina sarà maggiore e questo a sua volta farà assorbire meno corrente con conseguenti ampere-giri inferiori e minore forza di bloccaggio.(Questo effetto è generalmente abbastanza moderato ed è improbabile che la macchina non soddisfi le sue specifiche).
Infine, è possibile realizzare Magnabend di capacità maggiore se la sezione trasversale del magnete fosse aumentata.
Tempo di pubblicazione: 27-agosto-2021