电控永磁吸盘温度场分析及实验研究

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板料拉深作为冲压成形的重要工序之一,在实际生活中被广泛应用于汽车、机械、电子等行业。压边力是拉深成形的重要参数,合理的压边力控制技术能够有效改善成形制件的质量。基于电控永磁技术的新型压边方法利用磁力为板坯提供压边力,将动力、传动和执行部件集于一体构成独立于压力机的加载系统,实现了独立加载压边力,且在一定程度上简化了模具结构。电控永磁压边方法通过对励磁线圈通入脉冲电流以改变电控永磁吸盘的磁路方向,实现吸盘的充磁和退磁,进而完成压边力的加载与卸载。成形过程中电控永磁吸盘需要频繁进行充退磁,通电线圈产生的焦耳热可能会对吸盘产生影响,因此对热场影响因素和温度分布规律进行研究具有重要意义。本课题主要研究电控永磁吸盘由于电磁线圈通电发热所引起的温度升高问题,拟采用温度场理论、模拟和实验的方法将电控永磁压边装置的温度场问题进行量化。同时,对添加强制对流条件后的吸盘温升现象进行探究。首先,通过理论方法对电控永磁吸盘的热源进行计算,并探讨电控永磁吸盘的线圈参数对焦耳热的影响。理论分析表明,线圈横截面积与线圈匝数的乘积一定,当线圈通电产生磁通密度一定时,因此增加线圈匝数或横截面积不会减少线圈产生的热量。对电控永磁吸盘磁性材料由于温升导致的失磁现象进行了分析,可知永磁体钕铁硼更容易受到温度影响。然后,以双磁极单元吸盘为研究对象,对其在自然对流以及强制对流条件下的温度场分布情况进行模拟,按照一定频率的脉冲电流进行充退磁使其工作一段时间,研究吸盘中最高温度是否会影响吸盘的正常工作。结果表明在自然对流条件下,其最高温度在180min后稳定在338.800K,低于钕铁硼永磁体发生可逆失磁的温度,不会影响吸盘的正常使用。在强制对流条件下,最高温度最终稳定在320K左右,强制对流能够有效抑制吸盘温升问题。进而,以36磁极单元电控永磁吸盘为研究对象,对吸盘在自然以及强制对流条件下的温度场进行模拟,并模拟自然对流条件下吸盘由于温升产生的热变形。结果表明,自然对流时36磁极单元电控永磁吸盘稳定工作480min后其最高温度达到320.199K,低于磁性材料发生可逆损失的温度,吸盘的温升情况处于安全范围内。吸盘的热力耦合模拟结果表明,该吸盘由于温升产生的热变形较小,仅为0.14mm,几乎不会对吸盘的几何结构产生影响。强制对流情况下吸盘的温度场模拟结果表明,与自然对流条件下吸盘的温度分布相比,强制对流时吸盘的温度降低。最后,通过实验的方法对双磁极单元以及36磁极单元吸盘的温升问题进行研究,分别在自然对流和强制对流条件下对吸盘进行温度测量。在两种对流条件下,吸盘的最高温度均稳定在340K以下,低于钕铁硼正常工作所允许的最高温度,实验结果与有限元分析结果相接近,验证了吸盘温度场有限元模拟的准确性。在强制对流条件下,吸盘的温升程度有所降低。并通过实验对36磁极单元电控永磁压边装置的可行性进行验证,选择板厚为1mm,直径为100mm的08Al板坯进行36磁极单元吸盘的电控永磁拉深实验。实验结果表明,36磁极单元的电控永磁吸盘可为板坯提供足够大的压边力,能够满足冲压拉深的生产需求。
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