СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ ФРАКЦИЙ, ОРИЕНТИРУЕМЫХ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕСС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H01F1/08 B22F3/02 B30B1/42 

Изобретение относится к области машиностроения, к способам и устройствам для прессования заготовок или изделий из металлических порошков и предназначено для прессования постоянных магнитов из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле.

Известен способ электромагнитного прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, заключающийся в создании ориентирующего магнитного поля в области матрицы и пуансона с последующим прессованием изделия [1]
Известен также электромагнитный пресс для прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, содержащий тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, матрицу, пуансон, жидкостной демпфер, систему питания и управления [2]
Недостатками известных технических решений являются повышенная энергоемкость из-за необходимости использования автономного электромагнита для создания ориентируемого магнитного поля, а также получение изделий с однотипной ориентацией доменов, а именно: с ориентацией доменов, совпадающей с вектором приложения силы прессования, так как известные технические решения позволяют осуществить прессование изделий только в магнитном поле, при котором вектор индукции магнитного поля и вектор приложения силы прессования параллельны и имеют одинаковые или противоположные направления. Кроме того недостатком известного пресса является его инерционность, обусловленная использованием маховика.

Техническим результатом, достигаемым изобретением является снижение энергоемкости процесса, получение изделия с разнотипной ориентацией доменов и уменьшение инерционности пресса.

Это достигается тем, что в способе электромагнитного прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, заключающемся в создании ориентирующего магнитного поля в области матрицы и пуансона с последующим прессованием изделия, ориентирующее магнитное поле создают тяговым электромагнитом путем соответствующего выбора магнитной проводимости матрицы и пуансона.

Для осуществления заявляемого способа предложены два варианта электромагнитного пресса, позволяющие расширить ассортимент получаемых изделий.

Электромагнитный пресс по варианту 1 предназначен для прессования изделий в аксиальном магнитном поле.

Электромагнитный пресс по варианту 2 предназначен для прессования изделий в поперечном магнитном поле.

В электромагнитном прессе по варианту 1 для прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, содержащем тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, матрицу, пуансон, жидкостный демпфер, систему питания и управления, матрица размещена в магнитопроводе и выполнена из неферромагнитного материала, а пуансон выполнен из ферромагнитного материала, причем пуансон снабжен немагнитной вставкой, размещенной на его торце. Этот пресс предназначен для прессования в аксиальном магнитном поле.

Электромагнитный пресс по варианту 2 для прессования изделий содержит тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, матрицу, пуансон, жидкостный демпфер, систему питания и управления, снабжен размещенным соосно с якорем ферромагнитным штоком, матрица размещена в магнитопроводе и выполнена из ферромагнитного материала, а пуансон выполнен из неферромагнитного материала охватывающим шток.

В электромагнитный пресс для прессования изделий в поперечном магнитном поле введена корректирующая катушка с магнитопроводом, расположенная с наружной стороны матрицы и включенная встречно с катушкой тягового электромагнита.

В описанных электромагнитных прессах якорь тягового электромагнита снабжен фиксирующей муфтой трения с электромагнитным приводом, выполненным в виде двух подпружиненных электромагнитов с осесимметричными сердечниками, установленными на общей оси, со встречно включенными обмотками.

На фиг. 1 представлен вариант 1 электромагнитного пресса для прессования изделий в аксиальном магнитном поле, общий вид.

На фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, муфта трения с электромагнитным приводом.

На фиг. 3 электрическая схема питания электромагнитного пресса, изображенного на фиг. 1.

На фиг. 4 кривые токов в катушке намагничивания тягового электромагнита и в обмотках привода управления муфтой трения.

На фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 1, схема распределения силовых линий магнитного поля в области прессования.

На фиг. 6 вариант II электромагнитного пресса для прессования изделий в поперечном магнитном поле, общий вид.

На фиг. 7 сечение В-В на фиг. 6, пресс с гнездом кольцевой формы.

На фиг. 8 сечение В-В на фиг. 6, пресс с четырьмя гнездами прямоугольной формы.

На фиг. 9 электрическая схема питания электромагнитного пресса, изображенного на фиг. 6.

Электромагнитный пресс для прессования изделий в аксиальном магнитном поле (фиг. 1, 2) содержит станину 1, на которой неподвижно закреплен магнитопровод 2 с размещенной в нем матрицей 3 (прессформой), выполненной из неферромагнитного материала. В матрице 3 выполнены сквозные гнезда 4 заданной формы, количество которых может быть одно, два и более.

В гнезда 4 снизу введены торцы пуансонов 5, выполненных из ферромагнитного материала и жестко закрепленных на подвижном якоре 6. На торцах пуансонов размещены немагнитные вкладыши 7. В гнездах 4 размещен прессуемый порошок 8, сверху матрица закрывается крышкой 9, жестко закрепленной на магнитопроводе 2. В магнитопроводе 2 установлена катушка намагничивания 10, взаимодействующая с подвижным якорем 6 с образованием тягового электромагнита, якорь 6 связан со станиной двумя и более жидкостными демпферами 11.

К нижней части якоря 6 прикреплено кольцо 12, охваченное разрезным внешним кольцом 13, закрепленным на станине 1 ребрами 14. Кольца 12 и 13 образуют муфту трения. Разрезное кольцо 13 (фиг. 2) с помощью ребер 15 соединено с броневыми магнитопроводами 16, в которых размещены обмотки 17 с образованием электромагнитного привода муфты трения. В исходном состоянии с помощью пружины сжатия 18, размещенной на оси 19, соединяющей магнитопроводы 16, муфта трения удерживает якорь 6 за счет жесткой связи разрезного кольца 13 со станиной 1.

Катушка намагничивания 10 тягового электромагнита с последовательно подключенным токоограничивающим резистором 20 (фиг. 3) и зашунтированная конденсатором 21, а также включенные встречно обмотки 17 привода муфты трения, зашунтированные резистором 22, запитаны от выпрямителя 23 через систему ключей 24, 25, 26.

Заявляемый способ осуществляют в электромагнитном прессе для прессования изделий в аксиальном магнитном поле следующим образом (фиг. 1-5).

В исходном состоянии в прессе установлен требуемый зазор h между магнитопроводом 2 и якорем 6 (фиг. 1), обеспечивающий необходимую высоту засыпки порошка в матрицу, путем фиксации подвижного якоря 6 относительно станины 1 с помощью муфты трения.

При снятой крышке 9 в гнезда 4 матрицы загружают требуемое количество прессуемого порошка, закрывают крышкой 9 и закрепляют последнюю на магнитопроводе 2. В момент времени t₁ (фиг. 4) замыкают ключ 24 "прессования", обеспечивая замыкание цепи питания катушки намагничивания 10 и обмоток 17 электромагнитов привода муфты трения, при этом через катушку 10 протекает ток I₁, через обмотки 17 ток I₂ (фиг. 4). За счет встречного включения обмоток 17 броневые магнитопроводы 16 отталкиваются друг от друга, сжимая пружину 18, и разжимают внешнее кольцо 13 муфты трения. Якорь 6 перемещается под действием магнитного потока, создаваемого катушкой намагничивания 10. Скорость движения якоря ограничивается жидкостными демпферами 11, в которых поршни сжимают жидкость в нижней полости, и она через дросселирующее отверстие в поршне перетекает в верхнюю полость.

Пуансоны 5 сжимают ориентированный в магнитном поле порошок 8 и прессуют изделие.

Осевую ориентацию доменов порошка, которая нарушается вблизи острой кромки пуансона, обеспечивают подбором толщины немагнитного вкладыша 7, предотвращающего попадание порошка в область неоднородного магнитного поля (фиг. 5).

В момент времени t₂ (фиг. 4) процесс прессования заканчивается, и ключ 24 размыкают. Ток I₂ обмоток 17 течет по цепи резистора 22 гашения поля и затухает, при этом пружина 18 через магнитопроводы 16 и ребра 14 сжимает разрезное кольцо 13 муфты трения, фиксируя положение якоря 6 относительно станины 1.

Ток I₁ катушки намагничивания 10 в момент времени t₂ переходит в цепь конденсатора 21 и колебательно затухает, при этом происходит размагничивание магнитопровода 2 пресса и изделия. Далее открывают крышку 9, освобождая верхнюю часть матрицы 3, и в момент времени t₃ замыкают ключ 25 "выпрессовки".

Вновь запитываются обмотки 17 электромагнитного привода муфты трения и катушка намагничивания 10 тягового электромагнита. При выпрессовке изделия требуется значительно меньшее усилие, чем при прессовании, что обеспечивается токоограничивающим резистором 20. Якорь 6 поднимается вверх, полностью выбирая воздушные зазоры h пресса. Поскольку задаваемая высота h_н (фиг. 5) насыпного слоя порошка меньше величины хода якоря h, спрессованное изделие выталкивается из матрицы пуансоном, оставаясь на вкладыше 7.

В момент времени t₄ ключ 25 "выпрессовки" размыкают, муфта трения фиксирует положение якоря 6, а ток I₁ катушки намагничивания вновь колебательно затухает. Спрессованное изделие удаляют.

В момент времени t₅ ключ 25 "исходное состояние" замыкают, обеспечивая запитывание только обмоток 17, при этом кольцо 13 муфты трения разжимается, и якорь 6 под собственным весом возвращается в исходное положение, после чего ключ 26 размыкают.

В гнезда матрицы вновь загружают порошок и процесс повторяется.

Электромагнитный пресс для прессования изделия в поперечном магнитном поле (вариант II, фиг. 6, 2, 7, 9) содержит станину 1, на которой неподвижно закреплен магнитопровод 2 с размещенной в нем матрицей 3, выполненной из ферромагнитного материала. Матрица 3 выполнена с центральным сквозным отверстием, в котором с зазором размещен шток 4, выполненный из ферромагнитного материала. Для изготовления кольцевых изделий используют цилиндрический шток, образующий с матрицей кольцевое гнездо 5. В гнездо 5 снизу введен торец кольцевого пуансона 6 выполненного из неферромагнитного материала и жестко закрепленного на якоре 7. Якорь 7 с пуансоном 6 установлены на штоке 4 с возможностью осевого перемещения. Крышка 8 из неферромагнитного материала закрывает кольцевое гнездо 5 сверху и поджимается центральной частью 9 магнитопровода 10, жестко закрепляемого на магнитопроводе 2.

Якорь 7 связан со станиной двумя и более жидкостными демпферами 11. Фиксация положения подвижного якоря обеспечивается фиксирующей муфтой трения с электромагнитным приводом, изображенным на фиг 1, 2 и содержащим кольца 12, 13, ребра 14, 15, броневые магнитопроводы 16, обмотки 17, пружину сжатия 18 и ось 19.

В магнитопроводе 2 (фиг. 6) установлена катушка намагничивания 20, взаимодействующая с подвижным якорем 7 с образованием тягового электромагнита.

В магнитопроводе 10 установлена катушка 21 корректировки магнитного поля.

Конструкция пресса позволяет использовать набор сменных матриц и пуансонов, что обеспечивает получение прессуемых изделий разных размеров и конфигураций. Например, для одновременного прессования четырех прямоугольных призм используют матрицу с квадратной геометрией гнезда, в углах которого жестко закреплены немагнитные вкладыши 22, при этом верхняя часть штока 4, расположенная в гнезде матрицы, имеет соответствующую геометрию (фиг. 8). Полученная таким образом прессформа имеет четыре гнезда прямоугольной формы, в соответствии с которыми выполняют конструкцию пуансона.

Встречно включенные катушки 20 и 21 (фиг. 9) с последовательно подключенным токоограничивающим резистором 23 и зашунтированные конденсатором 24, а также включенные встречно обмотки 17 привода муфты трения, зашунтированные резистором 25, запитаны от выпрямителя 26, через систему ключей 27, 28, 29.

Электромагнитный пресс для прессования изделий в поперечном магнитном поле (вариант II, фиг. 6-9,2) работает следующим образом.

При снятых магнитопроводе 10 и крышке 8 в гнездо 5 загружают требуемое количество прессуемого порошка, закрывают крышку 8 и устанавливают магнитопровод 10, жестко закрепляя его на магнитопроводе 2.

Замыкают ключ 27 (фиг. 9), при этом через катушки 20 и 21, а также через обмотки 17 привода муфты трения текут токи. Между ферромагнитным штоком 4 и ферромагнитной матрицей 3, т.е. в области прессования создается магнитное поле с радиальным направлением силовых линий. Катушка 21 корректировки магнитного поля создает магнитный поток, компенсирующий уменьшение величины магнитного поля, создаваемого катушкой 20, в верхней части матрицы, вызванное как уменьшением магнитного потока по длине штока 4, так и падением магнитного потенциала из-за конечного значения величины относительной магнитной проницаемости материала штока.

Привод муфты трения, работа которого изложена в описании работы пресса по варианту 1, освобождает якорь 7, который перемещается под действием магнитного потока, создаваемого катушкой намагничивания 20. Скорость движения якоря ограничивается жидкостными демпферами 11. Перемещаемый вместе с якорем 7 пуансон 6 прессует изделие. Далее размыкают ключ 27. Ток в обмотках 17 замыкается по цепи резистора 25 и затухает, при этом муфта трения фиксирует положение якоря 7 относительно станины 1. Ток катушек 20, 21 переходит в цепь конденсатора 24 и колебательно затухает, при этом происходит размагничивание магнитопроводов 2, 10, штока 4 и спрессованного изделия. Далее снимают магнитопровод 10 и крышку 8 и удаляют изделие из матрицы аналогично описанному по варианту 1, для чего замыкают ключ 28 "выпрессовки".

Замыкая ключ 29, возвращают пресс в исходное состояние.

При использовании сменных матриц и пуансонов пресс работает аналогичным образом.

Сущность: способ электромагнитного прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, заключается в создании ориентирующего магнитного поля в области прессования тяговым электромагнитом. Электромагнитный пресс для прессования в аксиальном магнитном поле содержит тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, в котором размещена матрица из неферромагнитного материала. При прессовании в нее входит пуансон из ферромагнитного материала с немагнитной вставкой на торце. Пуансон соединен с якорем, связанным со станиной через жидкостные демпферы. Якорь имеет фиксирующую муфту трения с электромагнитным приводом с обмоткой, подключенной параллельно катушке тягового электромагнита. Пресс имеет систему питания и управления. Электромагнитный пресс для прессования в поперечном магнитном поле дополнительно имеет неподвижный ферромагнитный шток, размещенный соосно с якорем. Пуансон охватывает шток и выполнен из неферромагнитного материала. Над пуансоном размещена корректирующая катушка с магнитопроводом, включенная встречно катушке тягового электромагнита. Электромагнитный привод фиксирующей муфты трения выполнен в виде двух подпружиненных электромагнитов броневого типа, установленных на общей оси, со встречно включенными обмотками. 3 с.п. и з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ электромагнитного прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, заключающийся в создании ориентирующего магнитного поля в области матрицы и пуансона с последующим прессованием изделия, отличающийся тем, что ориентирующее магнитное поле создают тяговым электромагнитом путем соответствующего выбора магнитной проводимости матрицы и пуансона. 2. Электромагнитный пресс для прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, содержащий тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, матрицу, пуансон, жидкостный демпфер, систему питания и управления, отличающийся тем, что матрица размещена в магнитопроводе и выполнена из неферромагнитного материала, а пуансон из ферромагнитного материала, причем пуансон снабжен немагнитной вставкой, размещенной на его торце для прессования в аксиальном магнитном поле. 3. Пресс по п. 2, отличающийся тем, что якорь тягового электромагнита снабжен фиксирующей муфтой трения с электромагнитным приводом, выполненным в виде двух подпружиненных электромагнитов с осесимметричными сердечниками, установленных на общей оси, со встречно включенными обмотками. 4. Электромагнитный пресс для прессования изделий из порошковых фракций, ориентируемых в магнитном поле, содержащий тяговый электромагнит с подвижным якорем, магнитопровод, матрицу, пуансон, жидкостный демпфер, систему питания и управления, отличающийся тем, что он снабжен соосно с якорем ферромагнитным штоком, матрица размещена в магнитопроводе и выполнена из ферромагнитного материала, а пуансон выполнен из неферромагнитного материала охватывающим шток для прессования в поперечном магнитном поле. 5. Пресс по п. 4, отличающийся тем, что в него введена корректирующая катушка с магнитопроводом, расположенная с наружной стороны матрицы и включенная встречно с катушкой тягового электромагнита. 6. Пресс по пп.4 и 5, отличающийся тем, что якорь тягового электромагнита снабжен фиксирующей муфтой трения с электромагнитным приводом, выполненным в виде двух подпружиненных электромагнитов с осесимметричными сердечниками, установленных на общей оси, со встречно включенными обмотками.