電永磁吸盤的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

喬志洪

摘? 要：該文研究的電永磁吸盤是一種雙面全鋼電永磁吸盤，其涉及的電永磁技術(shù)領(lǐng)域包括磁力快速模具更換裝置。該電永磁吸盤主要由電永磁吸盤本體、磁狀態(tài)指示燈和氣隙檢測(cè)傳感器等組成。在電永磁吸盤的結(jié)構(gòu)中，結(jié)合實(shí)際的使用情況對(duì)多組磁極單元進(jìn)行相應(yīng)地排列，將氣隙檢測(cè)傳感器裝嵌到殼體中心區(qū)域，在殼體的側(cè)面安裝磁狀態(tài)指示燈，形成電永磁吸盤。該文對(duì)電永磁吸盤的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)分析，并探討了電永磁吸盤在實(shí)際情況中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電永磁吸盤;設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)組合

中圖分類號(hào)：TM574? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在目前社會(huì)注塑等行業(yè)領(lǐng)域中，通常會(huì)使用機(jī)械、液壓或者氣動(dòng)的方式對(duì)注塑模具進(jìn)行相應(yīng)的安裝、固定以及夾緊等工作操作，將注塑模具固定在相應(yīng)的注塑機(jī)的工作臺(tái)背板上。但在使用這些技術(shù)和方法的時(shí)候，也存在著或多或少的問題，有的是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)大而具有較高的成本，有的在使用中會(huì)存在一定的安全隱患，部分還會(huì)造成精度高的注塑模具的損傷或者變形。有些企業(yè)使用傳統(tǒng)的電永磁吸盤作為工裝夾具，但其結(jié)構(gòu)磁系由于稀松造成安全系數(shù)較低，或者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)問題使電永磁吸盤的剛性不足，不能夠很好地滿足相關(guān)需求。針對(duì)以上情況研究設(shè)計(jì)的雙面全鋼電永磁吸盤具有更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，能夠有效地解決以往技術(shù)存在的不足，對(duì)于剩磁問題的解決也表現(xiàn)出更佳的應(yīng)用效果。

1 雙面全鋼電永磁吸盤設(shè)計(jì)思路以及主要原理

1.1 雙面全鋼電永磁吸盤設(shè)計(jì)思路

雙面全鋼電永磁吸盤的設(shè)計(jì)思路來自于大自然的選擇，根據(jù)大自然中蜜蜂所建筑的蜂房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分吸收蜜蜂的蜂房構(gòu)造精巧、比較適用、具有較高的剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及利用材料較少等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)雙面全鋼電永磁吸盤進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，其中為電永磁中磁極單元組提供最大的使用空間。通過結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)背景，進(jìn)行創(chuàng)造性的改進(jìn)，在新的設(shè)計(jì)中增加了磁調(diào)平衡新技術(shù)、磁通量及磁吸力實(shí)時(shí)檢測(cè)、磁性狀態(tài)實(shí)時(shí)指示以及雙面全鋼全封裝等新技術(shù)，形成了相應(yīng)的雙面全鋼電永磁吸盤，其具有更高的安全系數(shù)、更加均勻的磁力分布以及更長(zhǎng)的使用壽命。

1.2 雙面全鋼電永磁吸盤設(shè)計(jì)原理

雙面全鋼電永磁吸盤進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要應(yīng)用到的原理包括電磁感應(yīng)原理、磁場(chǎng)對(duì)鐵磁物質(zhì)磁化及吸引原理、不同永磁材料脈沖充磁特性和雙磁源磁場(chǎng)矢量疊加原理。雙面全鋼電永磁吸盤采用的是雙磁能源設(shè)置，如圖1所示。

固定的永磁磁源是由永磁體組成，可變極性永磁磁源是由勵(lì)磁線圈和可逆永磁體組成。當(dāng)把短時(shí)正向脈沖電流通入勵(lì)磁線圈時(shí)，可變極性永磁磁源的方向和永磁磁源的方向相同，在電永磁吸盤的磁極處，磁場(chǎng)在這里疊加，雙面全鋼電永磁模板的工作表面凸顯磁性，從而對(duì)鐵磁性工件產(chǎn)生相應(yīng)的磁吸力。相反的是，當(dāng)可變極性永磁磁源的方向和固定永磁磁源的方向不同，那么磁場(chǎng)就會(huì)被中和為失磁磁路，雙面全鋼電永磁模板的工作表面就不會(huì)凸顯磁性，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生相應(yīng)的磁吸力。

雙面全鋼電永磁吸盤能夠?qū)τ行Э臻g進(jìn)行最大程度地靈活利用，能夠提高單位面積的電控永磁體的有效吸力。雙面全鋼電永磁吸盤的設(shè)計(jì)采用了雙面全鋼全封裝新技術(shù)，將雙面全鋼電永磁吸盤的核心部分完美地封裝于內(nèi)。對(duì)于工作面和安裝面，采用整體成型的零滲透的完美封裝設(shè)計(jì)，提高了雙面全鋼電永磁模板的使用安全性和使用壽命。雙面全鋼電永磁吸盤在工作時(shí)磁場(chǎng)分布均勻，對(duì)被吸物也具有均勻的吸力，而且不會(huì)產(chǎn)生額外的殘余應(yīng)力，在快速模具更換領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，對(duì)模具的精度以及使用性能提供了更好的保證。

2 雙面全鋼電永磁吸盤的特征

2.1 雙面全鋼電永磁吸盤的結(jié)構(gòu)組合

磁通量檢測(cè)線圈被裝置于殼體的安裝環(huán)形槽對(duì)內(nèi)，并且和槽底保持貼合，在安裝環(huán)形槽對(duì)內(nèi)，永磁體與磁通量檢測(cè)線圈的上表面貼合，而可逆永磁體對(duì)中貼合于磁極裝配面，并且其由勵(lì)磁線圈對(duì)套裝包裹，整體封裝于連體容腔內(nèi)。在可逆永磁體的上表面處，通磁板凸臺(tái)與之緊密貼合，氣隙檢測(cè)傳感器被裝置于電永磁模板工作面，并且其高度可以進(jìn)行調(diào)整，而磁狀態(tài)指示燈被嵌裝在電永磁模板的側(cè)面。

2.2 雙面全鋼電永磁吸盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙面全鋼電永磁吸盤的殼體和通磁板都是由整體鋼板制作成全鋼的結(jié)構(gòu)，雙面全鋼電永磁模板的工作面和背面都是整體全鋼密封面。在每一個(gè)磁極的底部，都有一個(gè)磁通量檢測(cè)線圈包裹著，給磁通量檢測(cè)線圈傳遞恒定的基準(zhǔn)信號(hào)源，在經(jīng)過控制解碼器進(jìn)行相應(yīng)的解碼后，能夠?qū)δ＞吒采w電永磁模板的磁面積以及電永磁模板對(duì)模具的實(shí)際磁吸力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。磁狀態(tài)指示燈為紅綠雙色指示燈，電永磁模板磁吸狀態(tài)時(shí)，指示燈亮綠色，而電永磁模板在表現(xiàn)為失磁狀態(tài)時(shí)，指示燈亮紅色。

雙面全鋼電永磁吸盤的殼體包括連接筋和磁極，而連接筋對(duì)磁極進(jìn)行包圍，并將所有的磁極連接成一個(gè)無縫整體，從而組成殼體的一部分。對(duì)于電永磁對(duì)極組而言，當(dāng)一對(duì)磁極在進(jìn)行充退磁時(shí)，其都具有相匹配的磁通量和平衡的磁場(chǎng)，在退磁后，殼體的工作表面不會(huì)再有剩磁殘留。

2.3 雙面全鋼電永磁吸盤的應(yīng)用特點(diǎn)

雙面全鋼電永磁吸盤采用的是永磁材料的磁力對(duì)模具進(jìn)行吸附，在其內(nèi)部沒有運(yùn)動(dòng)的部件，所以在運(yùn)行的時(shí)候也不會(huì)發(fā)生機(jī)械磨損，在裝卸模具的瞬間，會(huì)使用相應(yīng)的電能，具有極好的節(jié)能能力，同時(shí)在電氣上也可以避免因?yàn)殚L(zhǎng)期使用大電流而造成燒損的現(xiàn)象發(fā)生。其中磁狀態(tài)指示燈能夠?qū)崟r(shí)直觀地指示電永磁模板的充磁和失磁的狀態(tài)，從而有效增強(qiáng)了其可信性和可靠性。

3 電永磁吸盤的2種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在具有不同結(jié)構(gòu)的電永磁吸盤中，具有最大單位面積吸力的是圓形結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)多個(gè)圓形結(jié)構(gòu)組成一個(gè)比較大的吸盤時(shí)，在各個(gè)圓形結(jié)構(gòu)之間就會(huì)存在一定的間隙，如圖2所示。對(duì)于圓形結(jié)構(gòu)之間的縫隙中，是沒有磁力存在的，這就會(huì)對(duì)吸附尺寸比較小的工件造成一定的影響，除此之外，因?yàn)閳A形結(jié)構(gòu)之間間隙的存在，吸盤的上表面積就無法得到充分的利用，從而吸盤的單位面積吸力也會(huì)減小。

目前情況下，在組成大的電永磁吸盤時(shí)，有2種方形的磁極結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)越性，這2種結(jié)構(gòu)既擁有圓形吸盤的單位面積吸力大的優(yōu)點(diǎn)，又可以對(duì)吸盤的上表面積進(jìn)行充分利用。這2種磁極結(jié)構(gòu)中主磁體和可逆磁體都是采用的上下布置的方式，其選擇使用的材料也相同，不同的是在磁極塊的周圍釹鐵硼永磁體的數(shù)量不同。這2種結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

對(duì)于電永磁吸盤中的磁路，其是永磁磁路和電磁磁路兩者按照一定的方式組合而成的，在目前的情況下，對(duì)其各部分的尺寸參數(shù)沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行計(jì)算，所以通常是根據(jù)永磁磁路的設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)，給與一部分的尺寸參數(shù)值，通過相應(yīng)的優(yōu)化算法再確定各部分合適的參數(shù)。根據(jù)具有高性能的釹鐵硼永磁體的特點(diǎn)，可以將磁體切成扁平的形狀，使其具有較大的磁極面積和較小的厚度。

4 電永磁吸盤的應(yīng)用分析

電永磁吸盤作為一種夾具裝夾磁性工件，在社會(huì)很多領(lǐng)域中都具有很好的應(yīng)用前景，通常在銑床、車床以及數(shù)控車床等機(jī)床上發(fā)揮著較好的作用，并取代了其他傳統(tǒng)的夾具，尤其是在加工制造一些具有特殊性的零件時(shí)，電永磁吸盤具有更加特殊的優(yōu)勢(shì)。

在現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品加工制造方面，薄板類零件具有相當(dāng)普遍的應(yīng)用，由于薄板類零件一般都很薄，容易產(chǎn)生變形，在一定程度上會(huì)影響到零件的加工精度。采用電永磁吸盤進(jìn)行相應(yīng)的裝夾工作時(shí)，在工件和吸盤相接觸的底面上具有分布均勻的夾緊力，因?yàn)榫哂休^大的接觸面積，所以不會(huì)對(duì)工件造成相應(yīng)的變形，而且還能夠提高零件的加工精度。電永磁吸盤具有較大的單位面積吸力，其不但能夠減小薄板件進(jìn)行加工時(shí)的裝夾變形，在一定程度上還能夠提高加工的質(zhì)量，與傳統(tǒng)的夾具相比較，工作效率也較高。

5 結(jié)語

在當(dāng)今社會(huì)很多領(lǐng)域中，電永磁吸盤作為一種夾具裝夾磁性工件，得到了廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的夾具相比較，電永磁吸盤表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，能夠很好地滿足機(jī)械產(chǎn)品在加工過程中的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳海超. 電永磁吸盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[D].燕山大學(xué)，2013.

[2]劉彥磊，劉宏勛.基于TRIZ的電永磁吸盤改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].天津科技，2011，38（6）：62-63.

[3]郎素萍，強(qiáng)冬梅.電永磁吸盤及其應(yīng)用的研究[J].天津成人高等學(xué)校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2004（2）：82-85.

[4]王青青，李裕迪，方燕云，等.電控永磁吸盤研究進(jìn)展[J].臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32（6）：22-27.