فرم دادن به وسیله آهنربای الکتریکی EMF

فرم دادن به وسیله آهنربای الکتریکی EMF

پارامترهای عملی معیین شده عملی در روش EMF:
*میتوان فرم دادن را از بین دو لایه یا محفظه غیر فلزی انجام داد زیرا میدان مغناطیسی از بین نارساناهای الکتریکی عبور می کند.
*بیشترین میدان فرم دادن بعد از نیروی فشاری ضربه ای در پایان کار است و بیشترین تفاوت آن باسایر روشهای فرم دادن فلزات در همین میباشد که انرژی لازم برای فرم دادن در یک زمان کوتاه به قطعه کار وارد میشود و قطعه کار به سرعت فرم داده میشود.
*فرم دادن فلزاتی مانند مس‚ آلومنیوم‚ برنج‚ فولاد کم کربن ومولیبدن به وسیله EMFو انتقال الکتریسیته بالا بازده بهتری دارد فلزاتی با انتقال دهی پایین مانند فولاد زنگ نزن را می توان به وسیله به کار بردن انرژی بالا فرم داد.
*نوع قطعاتی که در قالب به کار میرود به استحکام مکانیکی و خصوصیات الاستیکی قطعه کار بستگی دارد.
*در قطعه کار در عمل گشتاوری به وجود نمی آید به همین دلیل در کار تغییر فرم  اضافی به وجود نمی آید.
*در این روش احتیاج به روانساز نیست زیرا تماس اصطکاکی بین میدان مغناطیسی و قطعه کار وجود ندارد.
*محدوده حداکثر فشار در کارهای برش و سوراخ کاری انرژی کمتری نیاز دارد.
*سرعت تکرار روش الکترومغناطیسی به وسیله اینرسی مکانیکی به وجود آمده را به وسیله دقت معینی می توان هماهنگ کرد.وزمان بندی جنبش مغناطیسی را هماهنگ کرد و ماشن وظیفه خود را که آهنگ وسرعت تکرار است را صد بار در دقیقه انجام دهد قدرت جنبش مغناطیسی را می توان با دقت بالایی به وسیله الکتریسیته کنترل کرد.

کاربرد اعظم EMF در اولین قدم در مجموعه فلزات میباشداگر چه شکل قطعه هم مهم است به عنوان مثال در صنعت حمل ونقل یک تولید کننده قطعات یدکی‚ یک مجموعه محورهای گردنده آلومنیومی را بدون استفاده از روشهای معمول جوشکاری با استفاده از روشEMF تولید کرده است ودر این روش دیگر حرارت متمرکز بر محل جوشکاری وجود ندارد. دیگر استفادههای متعدد EMF در قسمتهای دیگر توضیح داده می شود.
شرح دادن روشEMF
ساده ترین موارد در استفاده از روشEMF ظرفیت توده سیم پیچ فرم دادن و شکل میدان جریان و همچنین انتقال الکتریسیته به قطعه کار و به وجود آمدن میدان مغناطیسی قوی واستفاده مفید از آن برای انجام کار است. میدان مغناطیسی قوی به وجود آمده‚ از تخلیه کردن منبع ظرفیت در سیم پیچ فرم داده شده‚ فقط بعد از چند هزارم ثانیه تولید شده است. جاری شدن توده جریان موجب انتقال جریان از بین قطعه و سیم پیچ بسته به وسیله جریان مغناطیسی می شود و در محفظه دو طرفه میان قطعه کار و سیم پیچ فرم‚ عملیات دفع و فرم گرفتن صورت می پذیرد ونیروی دفع به مقدار کافی وتنش وارده به قطعه کار فلزی بیشتر از استحکام تسلیم است و دفع ایجاد شده تغییر شکل دائمی ایجاد می کند.
سرعت فرم دادن:  تلاتم جاری شدن در ضریب هدایت قطعه کار به وسیله فشار خالص ناشی از میدان مغناطیسی سیم پیچ در سطح قطعه کار موثر است. چنانچه سطح قطعه کار به سمت داخل حرکت کند نفوذ و جذب فشار و انرژی به شکل میدان مغناطیسی است. انرژی فرم دادن قابل اجرا عملی و کاهش انرژی در نتیجه نفوذ در قطعه کار ومواد (تلف شدن انرژی بوسیله مقاومت حرارتی ) در ضربان کوتاه فرم دادن به وجود می آید. کاربرد ضربان فرم دادن اغلب در مدت بین 10 تا 100 میکرو ثانیه میباشد. در فرکانس ضربان مهم توضیح دادن قسمتهای {الکتریسیته اصلی}میباشد.
جریان اساسی الکترومغناطیسی به کار رفته برای فرم دادن فشاری قطعه کار استوانه ای‚ مرکب است از سیم پیچ فرم دادن وانرژی ذخیره در خازن‚کلیدهاومولد نیرو که بار را تقریبا به صورت ثابت از مخزن جاری می کنند.که در شکل 1 نشان داده شده است. در شکل 1 مدل چگالی جریان نشان داده شده و در تولید جریان مغناطیسی از خالی کردن مجدد خازن استفاده می شود. و از مرکز  سیم پیچ فرم دادن هدایت الکتریکی به قطعه کار وجود ندارد. در فضا‚ جریان به صورت یکنواخت خطی با یک چگالی مشخص در محدوده سیم پیچ وجود دارد. در شکل 1 تغییرات جریان نمونه نشان داده وقتی ناشی می شود که جریان خازن از میان سیم پیچ فرم دادن خالی شود و قطعه کار استوانه ای شکل‚ فلزی با قابلیت بالای هدایتی می باشد و همچنین جریان مغناطیسی نباید در قطعه
کار نفوذ کند وباید بین قطعه کار وسیم پیچ به صورت طوقه مانند فاصله و محدوده کوچکی وجود داشته باشد.
شکلهای میدان مغناطیسی: وقتی که رسانا جریان زیادی را هدایت میکند والقاگر‚ آن جریان را با متمرکز کردن در سیم پیچ فرم دادن مرتبط میکند و میدان مغناطیسی در یک نقطه به وجود می آید ودر این موقع شرایط فرم دادن مهیا می شود. در شکل c 1 ‚شکل میدان مغناطیسی موضعی برای ایجاد فشار بر یک ناحیه مشخص از روی قطعه کار شرح داده شده است. در این تکنولوژی بازده مورد استفاده انرژی ذخیره شده‚ معادل فشار فرم دادن متمرکز زیادی در یک مساحت مشخص میباشد. شکلهای میدان اغلب به وسیله سیم پیچهای فرم استاندارد ایجاد میشود که برای کاربرد و استعمالهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

مثال1 استفاده از میدان شکل دادن برای فرم دادن محفظه استاتور:
شکل دادن یک قطعه از محفظه استاتور موتورهای الکتریکی در شکل 2 نشان داده شده است قطعه کار که یک قطعه فولادی است روی یک توده ورق نازک فشرده دادن شیارها انرژی بالایی نیاز دارد و همچنین نیروی خیلی زیاد فرم توده ورقها را از شکل خود خارج می کند و جریان شکل دادن در داخل سیم پیچ تولید می شود و نیروی فشاری در طول قطعه کار وارد می شود.
روشهای فرم دادن:فرم دادن به وسیله EMF معمولا به کمک سه روش انجام می شود:

1- فشاری یا تراکمی    2-انبساطی یا گسترشی           3-مرزی

ویژگی و موقعیت قطعه کار در روش EMF یک مشکل است که این مسله به وسیله حرکت فلز به سمت سیم پیچ حل می شود. اگر چه این روش با سه متد فوق تقریبا کارآیی کافی را ندارد.
مزیتهاومحدودیتها:
روش EMF چندین مزیت دارد اما با وجود این میتها محدودیتهایی نیز دارد.
قابلیت تکرار: این فرایند به مقدار قابل توجهی قابل تعدیل است و می توان قدرت جریان الکترومغناطیسی را درجه بندی کرد و در این روش فرم دادن قابل تکرار است و تجهیزات EMF فقط برای فلزات کاربرد دارد و در این امکانات پس از هر بار سیگنال فرستادن یک دفعه خازن آن شارژ وآماده کار میشود که این سیگنالها به وسیله ریز پردازنده (میکروپرسور)که به وسیله یک سیستم اتوماتیک توسط اپراتور دستگاه پرس کنترل میشود.
در مقایسه با سایر روشهای مکانیکی که ابزار با قطعه کار در تماس است در روش EMF میدان مغناطیسی مسئولیت اعمال فشار بر روی کار را دارد ودر این روش دیگر احتیاج به ابزار سازی و همچنین نیاز به تمیز کردن بعد از فرم دادن نیست و سطحی که در این روش به وجود می آید بهتر از روشی است که در روش مکانیکی ایجاد میشود.
بازگشت فنری: وقتی نیرو به فلزات وارد میشود باید نیرو در حد پلاستیک باشد تا تغییر فرم ایجاد گردد که در روشهای مکانیکی مقدار بازگشت فنری خیلی بیشتر از روش EMF  است وعلت این است که در روشEMF تماس مکانیکی وجود ندارد.
استحکام:اتصالاتی که در روش EMF ساخته میشود از نوع اتصالات قوی میباشد وخواص مواد نمی تواند روی این روش تاثیر بگذارد.
سرعت: اتصالات در فرم دادن فقط به وسیله زمان بارگذاری روی قطعه وبار برداری از روی ‌آن محدود شده است و کار در این روش در کسری از ثانیه انجام میشود.
تاثیر چکش خواری (نرمی): در روش EMFاجازه کار روی مواد با زیاد شدن نرمی برای آلیاژهای معیین آلومنیوم به کاهش اصطکاک نسبت به روشهای مکانیکی وجود دارد و روی قطعاتی که آنیل شده اند و به روش مکانیکی فرم داده نمیشود به روش EMF میتوان آن قطعات را فرم داد.
ابزار سازی: ابزار سازی در این روش نسبتا ارزان است و سیم پیچها در این روش مقصود اصلی ابزار سازی است و در این روش قسمت خارجی قالب برای فرم دادن مورد استفاده قرار میگیرد ودر ساخت قالبهای مورد نظر میدان تلرانس کوچکی وجود دارد وهمچنین جنس قالب از فولادهای مخصوصی میباشد که جریان الکتریکی از وسط آن از بین قطعه کار وقالب جریان میابد و این در مواقعی است که قطعه کار یک ورقه صاف باشد.
محدودیتهای اصلی: در این روش قطعات کوچک در مدت زمان کوتاهی فرم داده میشود اما در کشش عمیق این مطلب صادق نیست که در این مسله ضریب هدایت قطعه کار نقش مهمی دارد موادهای مورد استفاده با مقاومت الکتریکی 0.15 میکرو اهم در دقیقه بهترین مواد برای کار میباشد واین موادها عبارتند از مس‚ آلومنیوم‚ برنج‚ فولاد نرم. مواد با مقاومت الکتریکی بالا را میتوان به وسیله تجهیزات مخصوص EMF که دامنه فرکانس آنها .2 تا100 کیلو هرتز است فرم داد. که این امکانات‚ فیزیکی‚ بزرگ و همچنین گران قیمت هستند .
محدوده فشار: ماکزیمم فشار را میتوان به کمک سیم پیچهای استاندارد که تقریبا فشاری معادل 340 مگا پاسکال دارند ایجاد کرد و برای فرم دادن ورقها از سیم پیچهای انبساطی قوی استفاده میشود.

روشهای تولید
صنعت EMF به صورت کلی به دو روش تولید تغذیه ای و تولید اتوماتیک تقسیم میشود.
تجهیزات تغذیه: در عملیات تولید اپراتور سرعت تغذیه را کنترل میکند و این کار به وسیله فیکسچرهایی که در محل میدان سیم پیچها قرار گرفته اند و این فیکسچر ها موقعیت مورد نظر را به قطعه کار می دهند و وظیفه گیره بندی قطعه کار را دارند وبه عنوان مثال با این گیره بندی در ساعت 600 الی 1200 قطعه موضع دهی می شوند که نمونه ای از این تجهیزات در شکل 5 نشان داده شده است.
تجهیزات تمام اتوماتیک: اگر در بعضی از مواد مخصوص از تجهیزات دستی استفاده کنیم تولید با نسبت کمی انجام میشود و میتوان همین کار را با ماشینهایی با سرعت بالا و انرژی زیاد با اضافه کردن امکاناتی انجام داد. و در این تجهیزات نسبت عملیات 12000 میباشد که میتوان سرعت کار را به وسیله تجهیزات مخصوصی کنترل کرد. در شکل 6 یک فندک نشان داده شده که با روش سرعت بالا تولید شده است . سالیانه با این ماشینها 400 میلیون قطعه در سطح جهان تولید میشود.

کاربردها
یکی از استفادههای فرم دادن الکترومغناطیسی فرم دادن ورقهای لوله ای است ممکن است روی ورقها در یک مرحله چندین عملیات کاری صورت گیرد.تجهیزات اصلی دستگاههای EMFآکومولاتور  هوا‚ محفظه فشار بالا ‚ضربه زن‚ توده لاستیکی ثابت و کلر خنک کننده روغن‚فرمان‚ گازلین برای پر کردن لوله ها و جعبه موتور فرعی میباشد.
در روش EMF با توجه به شکل واندازه کار و همچنین نوع فلز گشتاورهای وارده محاسبه میشوند در این روش تجهیزات الکتریکی EMF عبارتند از اجزا مختلف مانند فیوزهای ولتاژ بالا‚ عایقها‚ کنتاکتورهای پشتیبانی‚ فیکسچرهای سبک‚ قطعات الکتریکی پیچیده‚ که همه این وسایل برای انجام کار به وسیله کابلها وترمینالهایی به هم وصل میشوند. در شکل 7 قطعاتی از موتور هواپیما نشان داده شده است که این قطعات به روش فرمینگ سنتی شش تکه ساخته میشود که در روش EMF همین قطعه را در یک مرحله می سازند و با محاسبه کردن مزایا‚ معایب‚ هزینه و وقت در هر دو روش این نتیجه به دست می آید که اگر این قطعه با روش EMF تولید شود در حالت کلی 41% صرفه جویی می شود. در شکل 8 سه نوع مختلف قطعه با قالب نشان داده شده است . برای شکل دادن قطعات بزرگ توجه به حجم قطعه و همچنین نوع شیارهای داخلی قطعه اهمیت دارد یک شافت حجیم آلومنیومی که به وسیله EMF تولید شده در شکل 9 نشان داده شده است.
جوشکاری الکترو مغناطیسی: در این روش با استفاده از فرکانس بالا و خیلی شدید و با استفاده از نیروی میدان مغناطیسی قطعات به هم متصل میشوند و آخرین رنج فشاری که در روش EMF میتوانیم وارد کنیم50 تن است در کار طراحی این قالبها شکل انتهای قطعه کار مهم است و به عنوان یک پارامتر مهم در طراحی محسوب میشود.

ایمنی
امکان به وجود آمدن خطر در روش EMF به خطرهای مکانیکی‚ صوتی والکتریکی تقسیم میشود.
خطرهای مکانیکی و صوتی: این خطرها عبارتند از خطرهای مکانیکی کار عملی و همچنین سر وصدای ایجاد شده میباشد که به وسیله نوع طراحی وامکانات جانبی دیگر این خطرها تا حد زیادی بر طرف می گردد.

خطرهای الکتریکی: ولتاژ مورد استفاده در روش EMF در حالتهای عادی تا حدود 10 کیلو ولت میباشد و در بعضی مواقع در انجام کارهای ویژه این ولتاژ به 50 کیلو ولت می رسد که این ولتاژ بالا برای اپراتور خطر ایجاد می کند و حتما باید دستگاه از لحاظ محفظه بندی‚به طور مطمئن طراحی و ساخته شود.

تجهیزات
تجهیزات اصلی در سیستم EMF‚ خازن و سیم پیچ برای ایجاد شکل جریان میباشد.
خازن: خازن تامین کننده انرژی نهایی در روش EMF است که به وسیله دستگاههای پشتیبانی بعد از هر بار ضربه زدن خازن شارژ میشود خازنهای استاندارد مورد استفاده در روش EMF انرژی حدود 8 الی 200 کیلو ژول را میتوانند در خود ذخیره کنند و کنترل این خازنها به وسیله تجهیزات جانبی پیچیده ای انجام میشود.
سیم پیچها وشکل جریان: طراحی شکل سیم پیچ با توجه به اندازه و قدرت آن انجام میشود و اندازه سیم پیچ تابع اندازه کار قطعه کار است طراحی یک نوع سیم پیچ با محفظه برای ایجاد میدان مغناطیسی مورد نظر در شکل 12 نشان داده شده است. و یک مجموعه قالب EMF در شکل 13 نشان داده شده است در شکل 15 یک قطعه پولکی تو خالی نشان داده
شده که به وسیله عملیاتEMF  فرم داده شده است.

نسبت انرژی :
نسبت انرژی برای فرم دادن آلیاژ آلومنیوم 6061-0 با مقاومت 0.038 میکرو اهم و برای فولاد کم کربن با مقاومت 0.12 میکرو اهم در نمودار شکل 17 نشان داده شده است و اطلاعات روی نمودار براساس طول قطعه کار و نیروی وارد بر آن است.