Koncentratory strumienia magnetycznego do cewek grzewczych indukcyjnych: Dobór i obróbka

Koncentratory strumienia magnetycznego są często używane na cewkach grzewczych indukcyjnych aby skierować pole magnetyczne w stronę wybranego obszaru obrabianego przedmiotu. Odpowiedni koncentrator może poprawić sprzężenie magnetyczne, zmniejszyć rozproszone strumienie i pomóc ukształtować wzorzec nagrzewania.

Materiał sam w sobie, jednak, pracuje w trudnych warunkach. Jest narażony na zmienne pole magnetyczne, promieniowanie cieplne od obrabianego przedmiotu, drgania, woda chłodząca i powtarzające się podgrzewanie i schładzanie. Materiał, który dobrze sprawdza się przy jednej częstotliwości lub na jednym induktorze, może nie być odpowiedni dla innego.

Z tego powodu, wybór koncentratora strumienia magnetycznego powinien zaczynać się od warunków pracy systemu nagrzewania indukcyjnego, a nie po prostu od materiału o najwyższej przenikalności magnetycznej.

A magnetic flux concentrator directs the magnetic field to a selected area of the workpiece — the same coil shown with and without a concentrator.

1. Frequency Comes First	2. What Properties Matter
3. Ferryt, Silicon Steel or Composite	4. Machining Precautions

1. Frequency Comes First

The first question is whether the magnetic material is suitable for the częstotliwość robocza of the induction power supply.

Różne materiały magnetyczne mają różne użyteczne zakresy częstotliwości. Jeśli koncentrator jest używany powyżej zakresu, do którego jest przeznaczony, straty magnetyczne mogą szybko wzrosnąć i materiał może zacząć się nagrzewać.

Tryb awarii zależy od materiału.

Ferryt może stracić właściwości magnetyczne, gdy temperatura przekroczy temperaturę Curie. laminacje stali krzemowej mogą się przegrzać, utleniać się lub nawet stać się widocznie czerwone w trudnych warunkach. W obróbkowalny kompozyt magnetyczny materiały, excessive temperature can damage the binder that holds the magnetic particles together, eventually causing cracking or fragmentation.

This is why frequency compatibility should be checked before permeability, shape or ease of machining.

The actual allowable frequency should be taken from the material manufacturer’s technical data. It is not advisable to assign one universal frequency range to ferrite, laminated silicon steel or composite magnetic materials, since grades and formulations differ considerably.

Częstotliwość pracy nie jest jedyną przyczyną nagrzewania koncentratora. Natężenie pola, grubość koncentratora, warunki chłodzenia i jego położenie względem obrabianego elementu – wszystko to wpływa na straty. Materiał technicznie mieszczący się w swoim zakresie częstotliwości może się przegrzać, jeśli cewka jest źle zaprojektowana lub chłodzenie jest niewystarczające.

2. Jakie właściwości mają znaczenie przy wyborze koncentratora strumienia?

Po potwierdzeniu odpowiedniości częstotliwości, należy rozważyć kilka właściwości materiału razem.

przenikalność magnetyczną affects how easily magnetic flux passes through the material. A higher permeability can help direct and concentrate magnetic flux around the required heating zone. Nie powinno, jednak, be treated as a simple “the higher, the better” specification. The useful value depends on frequency, siła pola magnetycznego, material losses and the geometry of the concentrator.

Opór elektryczny is important because the concentrator itself is located in an alternating magnetic field. Prądy wirowe generated inside the material cause additional heating. Higher electrical resistivity generally reduces these eddy-current losses. This is one reason silicon is added to electrical steel, and why ferrites and insulated-particle composite materials can be useful in higher-frequency applications.

The material’s saturation behavior should also be considered. When the magnetic flux density becomes too high, a magnetic material approaches saturation and its ability to further concentrate the field decreases. Ma to szczególne znaczenie w przypadku cewek o wysokiej gęstości mocy i miejsc, gdzie pole magnetyczne jest silnie skoncentrowane.

Temperatura Curie jest kolejnym praktycznym ograniczeniem. Koncentrator strumienia odbiera ciepło z dwóch kierunków: Straty magnetyczne generują ciepło wewnątrz materiału, podczas gdy gorący element obrabiany emituje ciepło w jego kierunku. Jeśli temperatura materiału przekroczy jego punkt Curie, jego właściwości magnetyczne gwałtownie się pogarszają.

Dobra przewodność cieplna pomaga kontrolować ten problem. Koncentratory są często montowane bezpośrednio przy miedzianej rurce lub miedzianym radiatorze. Ciepło może być następnie przekazywane do chłodzonej wodą miedzianej konstrukcji. Materiał o słabym przenoszeniu ciepła może nadal gromadzić ciepło nawet wtedy, gdy sama cewka indukcyjna jest odpowiednio schłodzona.

właściwości mechaniczne łatwo przeoczyć. Koncentrator zamontowany na przemysłowej cewce indukcyjnej może być narażony na drgania, szok termiczny, ciecz chłodzącą, skalę, wilgotność i powtarzające się cykle temperatury. odporność na pękanie, Korozja i wstrząs termiczny mają zatem takie samo znaczenie jak wydajność magnetyczna, gdy wymagana jest długa żywotność.

Wreszcie, materiał musi odpowiadać wymaganej geometrii. Cewki indukcyjne często używają koncentratorów z rowkami, powierzchniami zakrzywionymi, kształcie U lub Π-profilach o innych niestandardowych kształtach. Materiał, który dobrze sprawdza się magnetycznie, ale nie może być wyprodukowany w wymaganym kształcie, może nie być praktyczny dla tego induktora.

3. Ferryt, Stal krzemowa lub obrabialny materiał magnetyczny?

There is no single magnetic material that is best for every induction coil.

W rzeczywistości, material selection normally involves a compromise between magnetic performance, częstotliwość robocza, temperatura, mechanical strength, chłodzenia, geometry and cost. Simply replacing one type of concentrator with another without considering the complete inductor may change the wzoru nagrzewania rather than improve it.

4. Środki ostrożności obróbki dla obrabianych materiałów magnetycznych

Magnetyczne koncentratory magnetyczne do obróbki są zazwyczaj produkowane przez mieszanie proszku ferromagnetycznego z spoiwem, następnie prasowanie i utwardzanie. Niektóre materiały o wysokiej gęstości mogą wykazywać właściwości kierunkowe, dlatego orientacja powinna być uwzględniona przy produkcji kształtów takich jak Π-koncentratorów typowych.

podobny problem występuje, gdy Π-układy magnetyczne o kształcie są wykonane z zorientowanych laminacji stali krzemowej. Kierunek materiału magnetycznego względem ścieżki strumienia może wpływać na ostateczny wynik.

Blachy ze stali krzemowej również wymagają uwagi po wykrawaniu. Pozostałości po frezowaniu na krawędziach powinny zostać usunięte. Jeśli przylegające blachy są połączone elektrycznie przez zadziory, izolacja między arkuszami może zostać naruszona, a straty prądów wirowych mogą wzrosnąć.

Obróbka skrawalnych materiałów magnetycznych kompozytowych jest zazwyczaj możliwa przy użyciu konwencjonalnych operacji, takich jak toczenie, wiercenie, frezowanie i szlifowanie.

Narzędzie tnące powinno być ostre. Stosunkowo niewielki podmuch i odpowiednia prędkość cięcia pomagają zmniejszyć odpryski i nadmierne naprężenia mechaniczne na materiał.

Obróbka jest zazwyczaj wykonywana bez konwencjonalnego płynu tnącego, chyba że dostawca materiału określi inaczej. Celem jest uniknięcie wprowadzania cieczy lub zanieczyszczeń, które mogą wpływać na porowatą lub połączoną strukturę materiału.

Często zadawane pytania

Kliknij pytanie, aby rozwinąć odpowiedź.

Czy jeden materiał koncentratora może być użyty w dowolnym zakresie częstotliwości?

Nie. Każdy materiał magnetyczny ma użyteczny zakres częstotliwości. Powyżej tego zakresu, magnetic losses climb and the concentrator can begin to heat itself — ferrite loses its properties past its Curie point, silicon steel oxidizes, and composite binders can crack. Always check the manufacturer’s data for the specific grade.

Why is EDM or wire EDM often unsuitable for machinable magnetic composites?

These composites are made of individually insulated magnetic particles held together by a poorly conductive binder, so their electrical behavior differs from solid metal. Ponieważ EDM opiera się na przewodnictwie elektrycznym, nie nadaje się do wielu takich gatunków. Zweryfikuj metodę obróbki w odniesieniu do konkretnego materiału przed przystąpieniem.

Skąd mam wiedzieć, czy koncentrator strumienia się przegrzewa?

Zwróć uwagę na przebarwienia, pękanie, lub spadek wydajności grzania. Przegrzewanie może wynikać z nadmiernej siły pola, niewystarczającego chłodzenia, lub złego umiejscowienia względem obrabianego przedmiotu — nawet gdy materiał mieści się w zalecanym zakresie częstotliwości.