Магнитни приспособления за фиксиране на детайли

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 7/2019 • 04.11.2019

През последните години магнитите се наложиха като успешна алтернатива на механичното закрепване на заготовки при механична обработка и при закрепване на спомагателни приспособления от рода на осветителни тела и държачи (стиски, менгемета) към работния плот на обработващите машини. Като основен и общоприет метод за закрепване на заготовки при шлифоване на повърхности, магнитите намират широко приложение в металообработващите цехове. Водеща цел е да се намалят времената за настройка на машините, да се улесни достъпът от всички страни до детайла и да се опрости подходът за обработка на заготовките. Фиксирането на метални детайли с магнити навлиза все по-масово и в основните металообработващи процеси, особено при фрезоването.

 

Магнитни държачи

Магнитните блокове за фиксиране на детайли са конструирани на основата на системи от магнитни пръти. Колкото повече от тези пръти привличат даден детайл, толкова по-силен е магнитният захват. Правилно разположените магнитни блокове задържат детайлите по същия начин или в много случаи – дори по-добре от механичните държачи. Тези фиксиращи системи генерират мигновена сила на задържане от порядъка на 12 кг/кв. см.

Електромагнитите не са практично решение за металообработващи операции, тъй като за поддържане на магнитно привличане се изисква непрекъснат източник на електрическа енергия. Ако захранването бъде прекъснато, електромагнитът губи способността си да държи детайла, като в такъв случай възниква сериозен риск за оператора. Постоянните магнити осигуряват предимство с малките си габарити и по-високата безопасност при работа. Повечето промишлени постоянни магнити са монтирани в касети. Подравняването на прътите определя състоянието на магнита (дали той е включен или изключен). При работа тези пръти се преместват физически, за да активират и деактивират постоянния магнит.

Постоянните магнити са с различни големини с цел да могат да осигурят достатъчна повърхностна площ, съобразена с нуждите на металообработващите операции. Механичното усилие, необходимо за преодоляване на магнитното триене при превключване на прътите в работно и неработно положение обаче, понякога става твърде голямо. Ето защо тези магнити намират добро приложение при леките механични обработки, където осигуряват достатъчна надеждност и безопасност.

 

Електро-постоянни магнити

Магнитните системи за закрепване на детайли при фрезоване и при работа с обработващи центри се наричат условно електро-постоянни магнити. Както подсказва името им, това са хибриди от електромагнити и постоянни магнити. Четвърт век след изобретяването му, електро-постоянният магнитен патронник (държач) е станал по-компактен, по-ефективен и вече е сред утвърдените методи за закрепване на детайли при фрезоване и струговане. Всъщност електро-постоянните магнити използват електричество за превключване на прътите, което позволява тези устройства да се прилагат и в по-мащабни и по-мощни металообработващи операции.
Електро-постоянният държач включва няколко стоманени пръта, всеки от които е разположен по начин, осигуряващ редуване на положителна и отрицателна полярност. Броят на прътите зависи от размера на държача (патронника). Тези пръти имат два магнита, монтирани като сандвич. Единият представлява комплект с електронно превключване, а другият е постоянен. Постоянните комплекти са винаги поляризирани в една посока.

Превключваемите магнити имат електрическа намотка около тях и могат да се поляризират в северна или южна посока чрез преминаване на ток през бобината. Когато и двата магнитни набора имат еднаква полярност, те се допълват взаимно и се постига пълна магнитна сила. Ако двата комплекта имат противоположна полярност, те се анулират взаимно и повърхността на магнита е деактивирана.

Последните достижения в областта на магнитните материали увеличават силата на магнитно закрепване, като същевременно намаляват размера на магнитното устройство за фиксиране.

 

Особености на магнетизма

Петосната обработка налага необходимостта от закрепване на детайлите с максимален достъп за обработка до детайла от петте страни, до които може да достигне машината. За да се постигне това, е необходим метод за закрепване, който “блокира” само от една от страните на детайла.

По дефиниция скобите и механичните патронници обхващат детайла по начин, който елиминира достъпа до “долната” страна и компрометира частично достъпа до други две страни за обработка. Най-добрият възможен сценарий за достъп са три цели страни плюс част от още две. Магнитите позволяват захватът да се осъществи на части от едната страна, оставяйки четири от страните напълно свободни.

Крехки детайли също могат да се закрепват магнитно в случаите, при които използването на скоби или патронници причинява изкривяване. Тъй като магнитният захват се осъществява на базата на директен контакт между детайл и магнит, то не е налице риск от нараняване на крехките заготовки.

Дизайнът на магнитите с квадратни пръти осигурява отлична платформа за инструменталната екипировка. Тези стоманени блокове могат да бъдат организирани за създаване на надеждни закрепващи повърхнини, които да съответстват на нуждите на всеки детайл. Магнитното поле протича от северния и южния полюс и може да създаде сцепление в оси X и Y, както и Z, или всякаква комбинация от тях.

Напълно е възможно призматични детайли да се закрепват на две или три от страните си, а освен това е възможно създаване на насочена последователност от магнитни импулси, за закрепване отстрани и след това отдолу, за да се гарантира, че дадена шина например е правилно разположена и изпъната преди обработка.
Сърцевината на по-новите магнитни държачи е направена от рядкоземен неодимов железен бор. Неодимът е поне пет пъти по-мощен от другите материали, използвани в магнитните държачи. За да заработи едно от тези устройства, е нужно върху магнита да се постави детайл, а обикновен бутон да подаде електрически ток, който да задейства магнита. След като електро-постоянният магнит се захрани, той изисква друг електрически сигнал, който да го изключи. Подобно на постоянните магнити, тази система е безвредна за оборудването и преносима, което я прави идеална за металообработващи приложения.

 

Електро-постоянна магнитна верига

Основната високоефективна електро-постоянна магнитна верига се състои от система с двойни магнити (DM). DM схемата включва стоманен корпус, в който са монтирани поредица от стоманени пръти (обикновено квадратни). Под всеки прът има намотка, навита около постоянен магнит, която може да обръща неговата полярност. Използваният материал (обикновено AlNiCo – алуминий, никел и кобалт) има добри магнитни показатели, но е сравнително лесен за магнетизиране, обръщане на полюсите и демагнетизиране. Стоманените пръти са заобиколени с втори набор от магнити, които не променят полярността си – типичният материал е неодимов рядкоземен елемент, който има добри магнитни характеристики и на практика е невъзможно да се намагнетизира или демагнетизира.

За да бъде включена магнитната верига, AlNiCo магнитите трябва да се захранят в същата ориентация като постоянните редкоземни магнити. Постоянните магнити със северна полярност срещу страните на стоманения прът се комбинират с AlNiCo със северна полярност срещу основата на стоманения прът, а стоманеният прът се превръща в северен полюс.

За да се изключи магнитната верига, AlNiCo магнитът трябва да бъде намагнетизиран в обратна посока, за да създаде южна полярност спрямо основата на стоманения прът. Ако двата набора магнити са “съчетани” да бъдат равни, тогава цялата енергия на северната полярност на редкоземните се поглъща от южната полярност на AlNiCo и работната повърхност става немагнитна. Тази конструкция е в състояние да насити детайла с максимална сила на задържане. Времето на включване/изключване е кратко – по-малко от 1 секунда. Мощност се консумира само по време на фазата на превключване. След като се намагнетизира, устройството остава намагнетизирано, докато не бъде изключено.

 

Предимства

Постоянната сила на затягане е важно предимство на магнитите. Те биват или включени, или изключени. За разлика от механичните скоби и винтове тук няма вариации в това колко плътно или разхлабено се захваща детайлът. Закрепването винаги е едно и също.

Пълната опора на повърхността на детайла е още един плюс при избора на магнити. Когато се използват скоби със захващащи палци по периферията на детайла, практически няма ефективен метод за обезопасяване на централната зона на работа. Неподдържаните области на детайла могат да предизвикат вибрации, което води до намаляване на скоростите на подаване и рязане, увеличавайки времето на производствения цикъл.

Магнитите закрепват цялата контактна площ на детайла. Пълната поддръжка позволява на машината да реже с по-малък риск от поява на вибрации и следователно – по-бързо. В допълнение, липсата на скоби около периферията дава възможност на машината да обработва безпрепятствено. Програмирането е опростено и е елиминирано времето, необходимо за препозициониране на захващащите скоби.

Магнитните държачи могат да бъдат надстроени с удължители на прътите, представляващи дистанционни пластини, които повдигат детайла над повърхността на магнитната маса. Това позволява пробиване на отвори, без тя да се повреди. Самонастройващите се удължения на прътите позволяват да се захващат контурни или дори извити детайли върху цялата им повърхност без деформации.

Времената за настройката и скоростта на рязане са основна грижа за повечето металообработващи предприятия. Чрез магнити, монтирани на машинната маса като допълнителни пластини, детайлите могат да бъдат закрепвани директно към магнитната повърхност. В допълнение, менгемета или други закрепващи елементи могат да бъдат фиксирани към машината без болтове, като се използват магнити. Необходими са щифтове или марки за повторяемост на местоположението и просто задействане на превключвателя на магнита.

Използването на магнит за закрепване на менгеме или друго работно приспособление позволява на производителите да обработват цветни материали, които могат да се захванат конвенционално в менгемето или другото приспособление, като същевременно се възползват от възможностите за бързодействие на магнита.

 

Сила на задържане

Образувайки цялост с магнитния държач, детайлът формира половината от магнитната верига. Магнитният патронник е “двигателят”, а детайлът е елементът, който на практика затваря магнитната верига и създава задържащата сила.

Разбираемо е, че различните материали имат различни нива на магнитно насищане, което води до различни максимални сили на задържане. За меката стомана максималният потенциал на притегателна сила е около 15 кг/кв. см. За легираната стомана и меката инструментална стомана притегателната сила трябва да бъде намалена с около 20 процента, а при твърдите инструментални стомани и чугунените отливки – с около 40 до 50%. Следователно, детайлът може да се превърне в “дроселна точка”, ограничаваща протичането на магнитния поток (в случай, когато е твърде тънък, за да прехвърля пълния магнитен поток от северния и южния полюс). Или ако магнитната верига е неуравновесена (контактната зона в полюсите със северната полярност не е равна на контактната зона с полюсите с южна полярност), тогава плътността на потока в контактните повърхности ще бъде неоптимална и детайлът ще се намагнетизира.

И обратно, при правилна организация детайлът, който е закрепен на магнит, няма да се намагнетизира и стружкоотделянето ще е безпроблемно. Често тази оптимизация включва редуциране или манипулиране на контактната зона – нещо, което на пръв поглед не изглежда логично, но е полезно в практиката.

 

Магнитен поток

Най-често срещаният въпрос, задаван от производителите, които не са запознати с използването на магнитни държачи, е относно управлението на стружкоотделянето. Технически погледнато, горната част на детайла се намагнитва, ако магнитният поток преминава през напречно сечение на детайла.

Обикновени удължители на прътите контролират променливата на проникването на потока. Тя може да бъде увеличена или намалена чрез физическа промяна на разстоянието за закрепване, като се използват дистанционни пластини с предписан размер. При някои магнитни фиксатори потокът може да се регулира и чрез управление на магнитното привличане на масата. Тъй като магнетизмът е невидим, важно е да бъдат разбрани някои основни негови принципи, за да се планира успешна настройка при закрепване на даден детайл. Има някои основни правила, които цеховете, желаещи да използват магнитно фиксиране, е препоръчително да спазват. Магнитният поток винаги преминава по най-краткия път. Магнитният поток е по-малко ефективен, когато преминава през въздушни празнини и други непроводими вериги. Магнитният поток от северния полюс трябва да има осигурена равна площ на южния полюс, през която да се върне. Магнитният поток трябва да бъде концентриран върху повърхността на детайла, дори това да бъде за сметка на тази площ.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top