Урок 4.8ДеформироватьГлава 4 · Формовка листа и труб

Электромагнитная штамповка

Магнитный импульс отбрасывает металл на фитинг, без контакта

Электромагнитная штамповка (EMF) формует металл импульсом магнетизма вместо инструмента, который его касается. Катушка, на которую за долю секунды подаётся всплеск тока, отталкивает алюминиевую или медную деталь так сильно, что обжимает трубку на фитинге. Та же физика позволяет любителям уменьшать монету, а автопроизводителям — соединять алюминиевые трубки со стальными деталями без сварки.

Фото: Bert Hickman, Stoneridge Engineering, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

электромагнитная обжимка · импульсная цепь и разрез катушки, трубки и фитингаЦифры в кружках соответствуют шагам ниже. На разрезе показана только верхняя половина круглой катушки, трубки и фитинга сразу после импульса.

Как это работает

Зарядить конденсаторы. Конденсаторная батарея (быстро разряжаемый накопитель электрического заряда) заряжается до нескольких киловольт и обычно накапливает от нескольких до десятков килоджоулей.
Замкнуть ключ. Быстрый ключ (разрядник или мощный тиристор) соединяет батарею с рабочей катушкой — несколькими витками толстой хорошо изолированной меди.
Послать импульс тока. Десятки и сотни тысяч ампер проносятся по катушке примерно 10–100 микросекунд. Внезапное магнитное поле наводит в трубке вихревые токи (закручивающиеся токи, наведённые в проводнике), текущие в противоположную сторону.
Пусть работает отталкивание. Противоположные токи отталкиваются, поэтому сильное магнитное давление отбрасывает стенку трубки от катушки со скоростью примерно 100–300 м/с. Катушка никогда не касается детали.
Удар и фиксация. Стенка врезается в фитинг и в его канавки, образуя плотное соединение за микросекунды. При достаточной скорости два металла могут даже свариться (магнитно-импульсная сварка).

Ключевые факты

Материалы: Хорошие электрические проводники: алюминий, медь, латунь; для стали и плохих проводников нужны адаптации или проводящий лист-«толкатель»
Типичные детали: Трубки, обжатые на фитингах, кабельные наконечники, приводные валы с концевыми фитингами, листовые детали, прижатые к односторонней матрице
Размер детали: В основном трубки и листовые участки до нескольких сотен миллиметров, определяются катушкой и накопленной энергией
Точность: Очень повторяемо; форму задаёт фитинг или матрица, часто в пределах около ±0,1 мм по диаметрам обжатия
Качество поверхности: Нет следов инструмента от катушки; формованная поверхность копирует фитинг или матрицу
Подходящая партия: От средних до больших серий после настройки катушки и режимов
Стоимость оснастки и оборудования: Импульсные установки обычно стоят сотни тысяч долларов; катушки изнашиваются и заменяются
Скорость: Формовка занимает микросекунды; с загрузкой цикл длится несколько секунд

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Без контакта: нет следов инструмента и нет смазки
Чрезвычайно быстро и очень повторяемо
Соединяет разнородные материалы, например алюминий со сталью, без нагрева
Высокая скорость позволяет металлу вытягиваться сильнее, с малым пружинением

Ограничения

Лучше всего работает с хорошими проводниками, такими как алюминий и медь
Высокое напряжение требует строгой электробезопасности
Катушки испытывают огромные силы и изнашиваются
Ограничено довольно тонкими стенками и скромными размерами деталей

Где применяется

АвтомобилестроениеПриводные валы, соединения рам, линии кондиционеров
АвиацияТорсионные трубы и тяги управления, соединённые с концевыми фитингами
ЭлектротехникаОбжатые кабельные наконечники и разъёмы
Отопление и охлаждениеСоединения трубок хладагента из меди и алюминия

Как узнать процесс

Трубка, плавно и равномерно обжатая в канавки фитинга по всему периметру.
Нет следов инструмента, вмятин и отпечатков губок в месте обжима.
Часто алюминий или медь, соединённые со сталью или пластиком без сварного валика или клея.

Сравните с

Взрывная штамповка4.9тоже высокоскоростная формовка, но энергия идёт от химического заряда под водой, для очень больших деталей.Гидроформовка4.5толкает металл давлением жидкости, медленно и с уплотнениями; EMF использует магнитный импульс и обходится без контакта.Сварка взрывом7.8та же идея «быстрое столкновение соединяет металлы», но приводимая взрывчатым веществом.

Смотрите

Physics Girl · Понятное объяснение, со съёмкой монеты, сжатой импульсной катушкой, в замедлении

Physics Girl · Насколько яростен магнитный толчок, в замедленной съёмке

Chaotic Good · Аппаратура: конденсаторы, ключ и катушка импульсной установки

Greg Benoit · Раннее авиакосмическое применение: трубки, соединённые с концевыми фитингами методом EMF

Смотреть реальные фото

Википедия: электромагнитная штамповка — принцип, материалы, обжим и сварка; почти нет фотографий
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Импульс тока в катушке отталкивает находящийся рядом проводник: ни один инструмент не касается детали.
Вся формовка происходит за микросекунды, на скоростях в сотни метров в секунду.
Лучше всего подходит для алюминиевых и медных трубок, обжатых на фитингах, даже из другого металла.