Magnesy neodymowe NdFeB pozwalają uzyskać silne pole magnetyczne przy niewielkich wymiarach elementu. Ich dobór wymaga jednak uwzględnienia całego układu: geometrii magnesu, kierunku magnesowania, szczeliny roboczej oraz właściwości współpracujących części. Inne kryteria będą decydujące w mocowaniu do stalowej płyty, inne w czujniku położenia, a jeszcze inne w silniku lub sprzęgle magnetycznym.
Dobierz kształt i sposób mocowania magnesu
Porównaj podstawowe wykonania pod kątem dostępnej przestrzeni, konstrukcji gniazda i sposobu połączenia z urządzeniem.
Do niewielkich zamknięć i elementów montażowych porównaj małe magnesy neodymowe, a przy szczególnie ograniczonej przestrzeni sprawdź mini magnesy neodymowe.
Jeśli projekt wymaga większych gabarytów, sprawdź duże magnesy neodymowe. Gdy głównym kryterium jest siła przyciągania, porównaj mocne magnesy neodymowe i warunki pomiaru ich udźwigu.
Przy pracy z silnymi magnesami zadbaj o bezpieczeństwo. Niekontrolowane przyciągnięcie może spowodować przytrzaśnięcie palców, a zderzenie kruchych elementów — odpryski. Przy manipulowaniu większymi magnesami stosuj ochronę oczu i zapobiegaj ich gwałtownemu łączeniu. Pole magnetyczne może zakłócać działanie rozruszników serca i wszczepialnych defibrylatorów; osoby z takimi urządzeniami powinny przestrzegać zaleceń ich producenta dotyczących kontaktu z silnymi magnesami.
Parametry materiału a działanie gotowego magnesu
Oznaczenia takie jak N35, N38 czy N42 określają gatunek materiału magnetycznego. Liczba odnosi się do przybliżonej wartości maksymalnego iloczynu energii (BH)max, wyrażonego w MGOe. Nie jest oznaczeniem udźwigu ani indukcji na powierzchni. Wyższy gatunek może zwiększyć siłę przyciągania przy tej samej geometrii i porównywalnych warunkach pracy, ale nie zastępuje prawidłowego doboru wymiarów oraz obwodu magnetycznego.
Przy projektowaniu znaczenie mają również remanencja Br i koercja polaryzacji HcJ (koercja wewnętrzna). Pierwsza charakteryzuje materiał po namagnesowaniu, druga jego odporność na rozmagnesowanie przeciwnym polem. Wartości Br nie należy utożsamiać z wynikiem pomiaru teslametrem przy powierzchni magnesu. Taki wynik zależy także od kształtu, kierunku magnesowania, miejsca pomiaru i odległości sondy.
Kształt i kierunek magnesowania
W magnesie walcowym lub pierścieniowym magnesowanym osiowo bieguny znajdują się na przeciwległych powierzchniach czołowych. Magnesowanie po średnicy, czyli diametralne, daje inne rozmieszczenie biegunów i inny rozkład pola. Zmienia również warunki rozmagnesowania, dlatego dopuszczalną temperaturę trzeba oceniać dla konkretnej geometrii i kierunku magnesowania; nie należy automatycznie przenosić wartości z wykonania osiowego. W magnesach płytkowych trzeba sprawdzić, wzdłuż którego wymiaru przebiega magnesowanie. Sama nazwa kształtu nie wystarcza do określenia orientacji biegunów.
Przy współpracy z czujnikiem istotne są kierunek i wartość składowej pola w miejscu pomiaru, a także tolerancje położenia magnesu. W takim zastosowaniu magnes o największym udźwigu katalogowym nie musi zapewniać właściwego sygnału. Dobór należy odnieść do wymagań konkretnego czujnika.
Szczelina robocza i element współpracujący
Szczelinę roboczą tworzy nie tylko widoczny odstęp między częściami. Zwiększają ją również farba, folia, warstwa kleju umieszczona na powierzchni roboczej, nierówności i zabrudzenia. Wzrost szczeliny zwiększa opór magnetyczny obwodu i zwykle wyraźnie zmniejsza siłę przyciągania. Dlatego porównanie magnesów powinno dotyczyć rzeczywistej odległości od elementu współpracującego.
Liczą się także gatunek, grubość i powierzchnia stalowej części. Zbyt cienka blacha może lokalnie osiągnąć nasycenie magnetyczne, dlatego zastosowanie wyższego gatunku magnesu nie musi przynieść proporcjonalnego wzrostu siły. Nie każda stal nierdzewna nadaje się na zworę magnetyczną. Stale austenityczne, np. 304 i 316, zwykle nie zapewniają odpowiedniego przyciągania, choć po obróbce mogą wykazywać pewien magnetyzm. Stale ferrytyczne i martenzytyczne są ferromagnetyczne i mogą pełnić funkcję zwory, ale ich skuteczność zależy od konkretnego gatunku i stanu materiału. Próbę należy wykonać na docelowym elemencie, z uwzględnieniem jego powłoki i stanu powierzchni.
Jak interpretować udźwig katalogowy?
Podawany w kilogramach udźwig katalogowy jest umownym przedstawieniem siły przyciągania przez masę, której ciężar odpowiada tej sile. Przykładowo zapis „1 kg” odpowiada około 9,81 N, czyli 1 kgf. Wartość katalogowa dotyczy określonych warunków próby, zwykle prostopadłego odrywania od odpowiednio grubej, płaskiej i czystej stalowej płyty.
Udźwig katalogowy nie jest dopuszczalnym obciążeniem każdego połączenia. Na pionowej powierzchni odporność na zsuwanie zależy również od tarcia i może być znacznie niższa od siły odrywania. Obciążenie odsunięte od miejsca mocowania wytwarza moment, który może powodować odchylanie magnesu. W konstrukcji trzeba uwzględnić drgania, udary i wymagany zapas bezpieczeństwa.
Temperatura pracy i odporność na rozmagnesowanie
Dla wielu standardowych wykonań NdFeB podaje się temperaturę pracy do około 80 °C, jednak nie jest to uniwersalna granica dla każdego magnesu i układu. W przypadku N52 spotyka się np. 65 °C lub 80 °C — zależnie od specyfikacji konkretnego wykonania. Sama nazwa N52 nie określa dopuszczalnej temperatury pracy. Oznaczenia M, H, SH czy UH wskazują odmiany o podwyższonej koercji; konkretną temperaturę należy sprawdzić w danych danego wykonania.
Temperatura podana w tabeli gatunku zakłada określony punkt pracy magnesu i nie stanowi gwarancji dla dowolnej geometrii. Dotyczy to również odmian M, H, SH i UH. Korzystniejszy punkt pracy można uzyskać m.in. przez odpowiedni wymiar magnesu w kierunku magnesowania lub domknięcie obwodu elementami ferromagnetycznymi. Cienki magnes magnesowany przez grubość i pracujący w otwartym obwodzie może mieć niski współczynnik permeancji, a przez to niższą bezpieczną temperaturę niż podana w tabeli. Taki układ może wymagać materiału o wyższej koercji nawet przy pracy poniżej 80 °C. Znaczenie mają również pola przeciwne; dobór warto oprzeć na krzywych rozmagnesowania dla przewidywanej temperatury.
Wzrost temperatury powoduje odwracalny spadek remanencji, a po przekroczeniu bezpiecznych warunków pracy może wywołać również nieodwracalną utratę części namagnesowania. Nie trzeba do tego osiągnąć temperatury Curie. Przy projektowaniu należy uwzględnić temperaturę samego magnesu, również podczas montażu i utwardzania kleju, a nie wyłącznie temperaturę otoczenia.
Powłoka ochronna i sposób montażu
Spiekany materiał NdFeB jest podatny na korozję. Popularna powłoka NiCuNi, złożona z warstw niklu, miedzi i niklu, ogranicza kontakt materiału z otoczeniem. Sama standardowa powłoka NiCuNi nie stanowi jednak zabezpieczenia do długotrwałego zanurzenia w wodzie ani stałej pracy na zewnątrz. Deszcz, kondensacja wilgoci, kontakt z solanką lub innymi środkami chemicznymi oraz ścieranie wymagają osobnej oceny i doboru dodatkowej ochrony, np. odpowiedniej powłoki epoksydowej lub szczelnej obudowy. Skuteczność zabezpieczenia zależy od jego wykonania, szczelności i odporności na dane środowisko. Jego grubość należy uwzględnić w wymiarach i szczelinie roboczej.
Magnesy spiekane są twarde, ale kruche. Gniazdo powinno podpierać element i ograniczać obciążenia zginające, a montaż nie może polegać na wbijaniu magnesu. Przy przykręcaniu trzeba dopasować łeb śruby i kontrolować docisk, aby nie rozłupać materiału. Przy klejeniu o wytrzymałości połączenia decydują również przygotowanie powierzchni, przyczepność powłoki oraz warunki utwardzania spoiny.
Jeżeli potrzebne jest mocowanie do stali z gotowym gwintem lub otworem montażowym, warto rozważyć uchwyt magnetyczny. W typowej obudowie stalowej korpus prowadzi strumień ku powierzchni roboczej, co może zwiększyć siłę przy małej szczelinie. Nie oznacza to automatycznej przewagi przy większym odstępie ani w układzie wymagającym określonego pola po obu stronach magnesu.
Jakie dane przygotować do doboru magnesu neodymowego?
Do doboru warto przygotować rysunek zespołu, dostępną przestrzeń, oczekiwany kierunek magnesowania, szczelinę roboczą, materiał części współpracującej oraz zakres temperatur. W mocowaniach potrzebne są dodatkowo wartości sił i momentów oraz sposób obciążenia: odrywanie prostopadłe, ścinanie wzdłuż powierzchni lub moment odchylający. W układach pomiarowych należy określić wymagania czujnika. Przed wdrożeniem seryjnym należy zweryfikować działanie kompletnego zespołu w przewidywanych warunkach pracy — na docelowej części współpracującej, przy rzeczywistej szczelinie i temperaturze magnesu.
Aby skonsultować dobór, prześlij rysunek lub szkic układu wraz z opisem warunków pracy. Pozwoli to zawęzić wybór wykonania i ustalić zakres prób przed zamówieniem serii.
