Bài 4.8Biến dạngChương 4 · Tạo hình tấm và ống

Tạo hình điện từ

Xung từ trường ném kim loại lên phụ kiện, không cần tiếp xúc

Tạo hình điện từ (EMF) định hình kim loại bằng một xung từ trường thay vì dụng cụ chạm vào nó. Một cuộn dây được cấp một đợt dòng điện chớp nhoáng đẩy một chi tiết nhôm hoặc đồng, đủ mạnh để ép một ống vào phụ kiện. Cùng vật lý đó cho phép người yêu thích tự làm co một đồng xu, và cho phép các hãng xe nối ống nhôm với chi tiết thép mà không cần hàn.

Ảnh: Bert Hickman, Stoneridge Engineering, CC BY-SA 3.0, qua Wikimedia Commons

ép nối điện từ · mạch xung và hình cắt của cuộn dây, ống và phụ kiệnCác số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới. Hình cắt chỉ cho thấy nửa trên của cuộn dây tròn, ống và phụ kiện, ngay sau xung.

Cách hoạt động

Nạp các tụ điện. Một dàn tụ điện (nơi tích điện phóng nhanh) được nạp đến vài kilôvôn, thường tích vài đến hàng chục kilôjun.
Kích công tắc. Một công tắc nhanh (khe phóng điện hoặc thyristor công suất lớn) nối dàn tụ với cuộn dây làm việc, vài vòng đồng dày được cách điện tốt.
Phát xung dòng điện. Hàng chục đến hàng trăm nghìn ampe ập qua cuộn dây trong khoảng 10–100 micrô giây. Từ trường đột ngột cảm ứng dòng điện xoáy (dòng cuộn xoáy cảm ứng trong vật dẫn) trong ống, chảy theo chiều ngược lại.
Để lực đẩy làm việc. Các dòng điện ngược chiều đẩy nhau, nên áp lực từ mạnh ném thành ống ra xa cuộn dây với tốc độ khoảng 100–300 m/s. Cuộn dây không bao giờ chạm vào chi tiết.
Va chạm và khóa chặt. Thành ống đập vào phụ kiện và vào các rãnh của nó, tạo mối nối chặt trong vài micrô giây. Với đủ tốc độ, hai kim loại thậm chí có thể hàn vào nhau (hàn xung từ).

Thông số chính

Vật liệu: Chất dẫn điện tốt: nhôm, đồng, đồng thau; thép và chất dẫn điện kém cần điều chỉnh hoặc tấm "truyền lực" dẫn điện
Chi tiết thường gặp: Ống ép vào phụ kiện, đầu cốt cáp, trục truyền động có phụ kiện đầu, chi tiết tấm ép vào khuôn một mặt
Kích thước chi tiết: Chủ yếu là ống và vùng tấm đến vài trăm milimet, do cuộn dây và năng lượng tích trữ quyết định
Độ chính xác: Rất lặp lại; hình dạng do phụ kiện hoặc khuôn quyết định, thường trong khoảng ±0,1 mm ở đường kính chỗ ép
Bề mặt hoàn thiện: Không có vết dụng cụ từ cuộn dây; mặt được tạo hình sao chép phụ kiện hoặc khuôn
Số lượng phù hợp: Loạt vừa đến lớn khi đã chỉnh cuộn dây và thông số
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Máy xung thường tốn hàng trăm nghìn đô la; cuộn dây bị mòn và phải thay
Tốc độ: Tạo hình mất vài micrô giây; kể cả nạp liệu, một chu kỳ mất vài giây

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Không tiếp xúc: không có vết dụng cụ và không cần chất bôi trơn
Cực kỳ nhanh và rất lặp lại
Nối vật liệu khác loại, như nhôm với thép, không cần nhiệt
Tốc độ cao giúp kim loại giãn xa hơn, ít đàn hồi ngược

Hạn chế

Hoạt động tốt nhất với chất dẫn điện tốt như nhôm và đồng
Điện áp cao đòi hỏi an toàn điện nghiêm ngặt
Cuộn dây chịu lực rất lớn và bị mòn
Giới hạn ở thành khá mỏng và kích thước chi tiết khiêm tốn

Ứng dụng

Ô tôTrục truyền động, mối nối khung, đường ống điều hòa
Hàng không vũ trụỐng mô-men xoắn và thanh điều khiển nối với phụ kiện đầu
ĐiệnĐầu cốt cáp và đầu nối được ép
Sưởi và làm lạnhMối nối ống môi chất lạnh đồng–nhôm

Cách nhận biết

Một ống co mượt và đều vào các rãnh của phụ kiện, suốt một vòng quanh.
Không có vết dụng cụ, vết lõm hay dấu ngàm ở chỗ ép.
Thường là nhôm hoặc đồng nối với thép hoặc nhựa mà không có đường hàn hay keo.

So sánh với

Tạo hình bằng nổ4.9cũng là tạo hình tốc độ cao, nhưng năng lượng đến từ thuốc nổ hóa học dưới nước, cho chi tiết rất lớn.Tạo hình thủy lực4.5đẩy kim loại bằng áp suất chất lỏng, chậm và có gioăng; EMF dùng xung từ và không tiếp xúc.Hàn nổ7.8cùng ý tưởng "va chạm nhanh liên kết kim loại", được dẫn động bằng thuốc nổ.

Xem video

Physics Girl · Giải thích rõ ràng, kèm cảnh quay chậm một đồng xu bị cuộn xung làm co lại

Physics Girl · Lực đẩy từ mạnh bạo thế nào, xem quay chậm

Chaotic Good · Phần cứng: tụ điện, công tắc và cuộn dây của một máy xung

Greg Benoit · Một ứng dụng hàng không vũ trụ sớm: ống nối với phụ kiện đầu bằng EMF

Xem ảnh thật

Wikipedia: Tạo hình điện từ — nguyên lý, vật liệu, ép nối và hàn; gần như không có ảnh
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Một xung dòng điện trong cuộn dây đẩy vật dẫn ở gần ra xa: không có dụng cụ nào chạm vào chi tiết.
Toàn bộ việc tạo hình diễn ra trong vài micrô giây, ở tốc độ hàng trăm mét mỗi giây.
Tốt nhất cho ống nhôm và đồng ép vào phụ kiện, kể cả khác kim loại.