永磁助力電磁衝壓機的製作方法

2023-10-11 09:53:54

專利名稱：永磁助力電磁衝壓機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種衝床，具體涉及一種採用永磁與電磁裝置的永磁助力電磁衝壓機。
技術背景在電子與信息產品的生產過程中，需要大量的小型與微型衝壓設備。相對於機械與氣動衝床，電磁衝床具有能量傳遞路線最短，結構最為簡單，頻率高，價格低等突出優勢。如中國發明專利CN1715043A公開了一種永磁衝床，實際為一種永磁助力電磁衝床，其包括軛鐵2和在其內做上下往復運動的衝頭31，所述衝頭31固連銜鐵32，還包括使所述軛鐵2和銜鐵32構成磁迴路的磁驅動機構，所述磁驅動機構中既設置有對所述銜鐵2施加電磁驅力的電磁機構，又設置有對所述銜鐵2施加永磁吸力的永磁體8。該發明的電磁機構中交替通入正向電流和反向電流,正向電流的電磁場對所述銜鐵施加與所述永磁體永磁吸力方向相同的電磁驅力，反向電流的電磁場對所述銜鐵施加與所述永磁體永磁吸力方向相反的電磁驅力。如圖I所示，電磁機構設置在機架上，銜鐵與導套板相連，導套板可沿導柱做上、下往返運動。其工作過程描述如下在非運行狀態時，衝頭主軸3在復位彈簧4的作用下處於行程最高點，此時，衝頭主軸自重力G和彈簧回復力Fasg相等。當電磁線圈5通入正向電流時,銜鐵32受到向下的電磁驅力作用，帶動衝頭主軸3向下運動，同時壓縮復位彈簧4。此時，衝頭主軸3受到向下的力包括電磁驅力Ftti、衝頭主軸自重力G和永磁吸力F永磁，而受到向上的力主要為彈簧回復力F#g。上述向下的電磁驅力Ftti、衝頭主軸自重力G和永磁吸力F永磁之和大於向上的彈簧回復力Fasg，衝頭主軸3受合理作用向下運動，並形成向下的衝力F#，以整體動能轉化為對工件的衝量，完成衝頭31對工件的加工。當電磁線圈5通入反向電流時，由於電磁線圈對銜鐵32產生電磁驅力Ftti與永磁吸力F永磁反向，所以衝頭主軸3受到向下的力僅為衝頭主軸自重力G和永磁吸力F永磁，而受至IJ向上的力變為電磁驅力Ftti和彈簧回復力Fasg，上述向上的電磁驅力Fm和彈簧回復力Fasg之和大於向下的衝頭主軸自重力G和永磁吸力F永磁之和，衝頭主軸3受合力作用向上運動，直到向上的電磁驅力Ftti和彈簧回復力Fasg之和等於向下的衝頭主軸自重力G和永磁吸力F7iai之和。上述過程可以表述為非運行狀態時衝頭主軸自重力G=彈簧回復力F彈黃。電磁線圈通入正向電流，衝頭主軸3向下衝擊時衝頭主軸衝力Fit=電磁驅力Fm+永磁吸力F永磁+衝頭自重力G-彈簧回復力F彈簧。電磁線圈通入反向電流，衝頭主軸3向上復位時衝頭主軸回復力F4=彈簧回復力Fasg+電磁驅力Ftti -衝頭自重力G-永磁吸力F永磁。本發明最優方案中，設定F永磁=0. 75F電磁，Falg=O. 25F電磁，因衝頭自重力G較小，可忽略，所以永磁衝床衝頭主軸衝力Fit=電磁驅力Ftti+永磁吸力F永磁+衝頭自重力G-彈簧回復力Fasg=L 5FM ;衝頭主軸回復力F4=彈簧回復力Fasg+電磁驅力Ftti-衝頭自重力G-永磁吸力F細=0. 5 F電磁。從上述工作過程和受力分析可知，本發明通過在軛鐵和銜鐵的磁迴路上設置始終對所述銜鐵產生永磁吸力的永磁體，使衝頭向下運動時的衝力增加，同時通過設置產生正反電磁場的電磁線圈，使衝頭向上運動時的回覆力也得到增加，從而對工件的衝量增大、衝擊效率提高、整機功耗小、控制系統的複雜度降低。但是從上述的工作過程及受力分析中可知，衝頭主軸在上下往返的過程中始終存在復位彈簧的作用力。當衝頭主軸向下衝擊時，彈簧回復力為阻力，彈簧回復力與其被壓縮 量成正比，所以電磁衝床的輸出力，隨著衝頭的向下運動越來越小，這不僅與衝壓工藝對衝床輸出力的要求相悖，而且銜鐵及衝頭向下運動的加速度越來越小，其動能轉化的衝擊力，一般可以忽略不計。當衝頭主軸向上復位時，彈簧回復力為動力，彈簧反彈，使衝頭主軸復位。需要特別說明的是，該發明的說明書中，忽略了導套板與導柱之間的摩擦力。眾所周知，如圖I所示的雙導柱結構，導套板與導柱之間因摩擦而導致的力損失，是不容忽視的。這一摩擦力，至少不會低於電磁驅力的20%。設摩擦力Fws =OJFtti，則該發明最優方案中，同樣設定F7；m=0· 75F電磁，Falg=O. 25F電磁，衝頭主軸衝力Fit=電磁驅力F電磁+永磁吸力F永磁+衝頭自重力G-彈簧抗力F體-摩擦力F摩擦=1. 3F電磁對普通電磁衝床的實驗測試說明，其衝頭主軸衝力Fit= (O. 5^0. 6)電磁驅力F電磁。這說明，圖I所示發明的最優方案，其主軸衝力是普通電磁衝床的2. 16倍 I. 6倍。此外，該發明中的雙導柱與彈簧組合的復位機構，不僅會因摩擦而導致力損失，而且機構容易出現卡滯不能復位、造成設備故障從而無法繼續工作。為解決上述問題，需要提供一種衝壓力大、不使用彈簧復位機構即可使衝頭主軸快速復位，滿足衝壓工藝對衝床輸出力的要求，衝擊、復位安全可靠的高衝擊頻率的永磁助力電磁衝壓機。
發明內容本實用新型的發明目的是提供一種永磁助力電磁衝壓機，通過結構的改進，衝床輸出力大，衝擊過程時間短，工作效率高，衝擊、復位安全可靠。為達到上述發明目的，本實用新型採用的技術方案是一種永磁助力電磁衝壓機，包括軛鐵、衝頭以及固連於所述衝頭上方的銜鐵，所述軛鐵上方固連上端蓋，所述軛鐵下方固連下端蓋，所述上端蓋、軛鐵和下端蓋圍設成一供所述衝頭和銜鐵上下往復運動的容腔，所述上端蓋的下方固連有上永磁鐵，所述下端蓋的上方固連有下永磁鐵，所述上、下永磁鐵相對端的極性相同。 上述技術方案中，所述軛鐵內設有電磁線圈，所述電磁線圈內交替通入正向電流和反向電流，正向電流的電磁場，對所述銜鐵施加向下的電磁驅力，使所述銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相同，下端的極性與下永磁鐵上端的極性相反；反向電流的電磁場，對所述銜鐵施加向上的電磁驅力，使所述銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相反，下端的極性與下永磁鐵上端的極性相同。上述技術方案中，所述銜鐵的上端固連有上緩衝墊，所述銜鐵的下端固連有下緩衝墊。通過上述結構，可以緩解銜鐵到達上下兩端極限位置時所受到的衝擊。上述技術方案中，所述下永磁鐵和下端蓋上均設有供所述衝頭穿過的通孔。優選的，所述上、下永磁鐵施加於所述銜鐵上的作用力之和等於所述電磁場施加於所述銜鐵上的電磁驅動力。本實用新型的工作過程和受力分析如下所述在非運行狀態時，電磁線圈不通電，銜鐵不呈現磁性，銜鐵和衝頭可能處於上、下 兩端的兩個極限位置。處於上極限位置時，上永磁鐵對銜鐵的吸引力大於下永磁鐵對銜鐵的吸引力、銜鐵和衝頭重力之和，銜鐵被上永磁鐵吸附住，如圖2所示。銜鐵和衝頭處於下極限位置時，銜鐵被下永磁鐵吸附住。上文中，選擇上端為N極、下端為S極的上永磁鐵，則下永磁鐵的上端為S極，下端為N極。當電控系統對電磁線圈通以正向勵磁電流時，設定銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力方向向下，銜鐵被磁化為上端為S極，下端為N極。此時，銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力F_、上永磁鐵的排斥力F上永磁鐵以及下永磁鐵的吸引力F下永纖，在上述三種力與銜鐵和衝頭的自重力G共同作用下，銜鐵與衝頭將以較大的加速度向下運動產生衝擊力，以整體動能轉化為對工件的衝量，完成衝頭對工件的加工。由於銜鐵及衝頭向下運動的加速度越來越大，其動能轉化的衝擊動能力Faffi,至少可以達到電磁驅動力的30%以上。當電控系統對電磁線圈通以反向勵磁電流時，銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力方向向上，銜鐵被磁化為上端為N極，下端為S極。此時，銜鐵受到電磁線圈所施加的向上電磁驅動力F電磁、下永磁鐵的排斥力F下永磁鐵以及上永磁鐵的吸引力F上永纖，在上述三種力與銜鐵和衝頭的自重力G共同作用下，衝頭加速向上運動，運動停止後，切斷勵磁電流，銜鐵被上永磁鐵吸附在行程最高點。上述過程可以表述為非運行狀態時上永磁鐵的吸引力F±7；Mee=下永磁鐵的吸引力FT7；Mee +銜鐵和衝頭自重力G。電磁線圈通入正向電流，衝頭向下衝擊時衝頭衝力電磁驅力F電磁+上永磁鐵斥力F上永纖+下永磁鐵吸力F下永磁鐵+銜鐵和衝頭自重力G+衝擊動能F動能。電磁線圈通入反向電流，衝頭向上復位時衝頭回復力F彈黃=電磁驅力Fm+上永磁鐵吸力F上永磁鐵+下永磁鐵斥力F下永磁鐵~銜鐵和衝頭自重力G。計算結果表明，本實用新型即使不存在上下永磁鐵，並設Fatg=OJFtti時，即可輸出與圖I所示永磁衝床相等的衝擊力。計算公式為衝頭衝力Fit=電磁驅力Ftti +衝擊動能力F動能=1· 3F電磁。本實用新型的最優方案，設定F上永纖和F下永纖之和為F電磁，F動能取保險數值O. 25F電磁，忽略銜鐵和衝頭的自重力G，則衝頭衝力Ff電磁驅力F_ +上永磁鐵斥力F上永纖+下永磁鐵吸力F下永磁鐵+銜鐵和衝頭自重力G+衝擊動能F動能=2. 25F電磁，是圖I所示永磁助力電磁衝床的I. 73倍，是普通電磁衝床的4倍；衝頭回復力Fasg=電磁驅力Ftti+上永磁鐵吸力F上永纖+下永磁鐵斥力F下永纖-銜鐵和衝頭自重力G=2F電磁。由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點I.本實用新型在輸入功率相同的情況下，衝頭向下運動的合力增加，衝頭衝擊力可達電磁驅動力的2倍以上，合力增加又同時使衝頭向下運動的速度增加，從而使衝頭衝量增大，衝壓效果好。2.本實用新型在衝頭運動行程相同的情況下，由於驅動衝頭上、下運動的合力增力口，使其向上、向下運動的速度增加，縮短了一個衝擊回合的時間提高衝擊頻率。3.本實用新型取消了現有永磁衝床中採用的彈簧復位機構，不僅杜絕了彈簧卡滯而造成的設備故障，而且不存在導套板與導柱之間因摩擦而導致的力損失，能源利用率高。 4.總體結構簡單,製造成本低,工作安全可靠。

圖I是背景技術中永磁衝床的結構示意圖；其中2、軛鐵；3、主軸；31、衝頭；32、銜鐵；4、復位彈簧；5、電磁線圈；8、永磁體；圖2是本實用新型實施例一非運行狀態時的結構示意圖；圖3是實施例一的電磁線圈通入正向電流時的結構示意圖；圖4是實施例一的電磁線圈通入反向電流時的結構示意圖；其中11、上端蓋；12、上永磁鐵；13、上緩衝墊；14、電磁線圈；15、軛鐵；16、銜鐵；17、下端蓋；18、下緩衝墊；19、下永磁鐵；20、衝頭。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見圖2所不,一種永磁助力電磁衝壓機,包括軛鐵15、衝頭20以及固連於所述衝頭上方的銜鐵16，所述軛鐵15上方固連上端蓋11，所述軛鐵15下方固連下端蓋17，所述上端蓋11、軛鐵15和下端蓋17圍設成一供所述衝頭20和銜鐵16上下往復運動的容腔，所述上端蓋11的下方正對所述銜鐵16的位置固連有上永磁鐵12，所述下端蓋17的上方正對所述銜鐵16的位置固連有下永磁鐵19，所述上、下永磁鐵的相對端極性相同。所述軛鐵15內設有電磁線圈14,所述電磁線圈14內交替通入正向電流和反向電流，當電流形成的電磁場對所述銜鐵16施加向下的電磁驅力時，銜鐵16上端的極性與上永磁鐵12下端的極性相同，銜鐵16下端的極性與下永磁鐵19上端的極性相反；電流反向時，形成的電磁場對所述銜鐵16施加向上的電磁驅力，銜鐵16上端的極性與上永磁鐵12下端的極性相反，下端的極性與下永磁鐵19上端的極性相同。所述銜鐵16的上端固連有上緩衝墊13，所述銜鐵16的下端固連有下緩衝墊18。通過上述結構，可以緩解銜鐵到達上下兩端極限位置時所受到的衝擊。所述下永磁鐵19和下端蓋17上均設有供所述衝頭穿過的通孔。優選的，所述上永磁鐵12、下永磁鐵19施加於所述銜鐵上的作用力之和等於所述電磁場施加於所述銜鐵上的電磁驅動力。[0055]本實用新型的工作過程和受力分析如下所述在非運行狀態時，電磁線圈不通電，銜鐵不呈現磁性，銜鐵和衝頭可能處於上、下兩端的極限位置。處於上極限位置時，上永磁鐵對銜鐵的吸引力大於下永磁鐵對銜鐵的吸引力、銜鐵和衝頭重力之和，銜鐵被上永磁鐵吸附住。銜鐵和衝頭處於下極限位置時，銜鐵被下永磁鐵吸附住。本實施例中，所述上、下永磁鐵的相對端的極性選為S極。即選擇上端為N極、下端為S極的上永磁鐵，則下永磁鐵的上端為S極，下端為N極。如圖3所示，當電控系統對電磁線圈通以正向勵磁電流時，設定銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力方向向下，銜鐵被磁化為上端為S極，下端為N極。此時，銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力Ftti、上永磁鐵的排斥力以及下永磁鐵的吸引力Ft7；Μβ，在上述三種力與銜鐵和衝頭的自重力G共同作用下，銜鐵與衝頭將以較大的加速度向 下運動產生衝擊力，以整體動能轉化為對工件的衝量,完成衝頭對工件的加工。由於銜鐵及衝頭向下運動的加速度越來越大，其動能轉化的衝擊動能力Fatg,至少可以達到電磁驅動力的30%以上。如圖4所示，當電控系統對電磁線圈通以反向勵磁電流時，銜鐵受到電磁線圈所施加的電磁驅動力方向向上，銜鐵被磁化為上端為N極，下端為S極。此時，銜鐵受到電磁線圈所施加的向上電磁驅動力Ftti、下永磁鐵的排斥力Ft^磁鐵以及上永磁鐵的吸引力F±7；ΜΛ，在上述三種力與銜鐵和衝頭的自重力G共同作用下，衝頭加速向上運動，運動停止後，切斷勵磁電流，銜鐵被上永磁鐵吸附在行程最高點。上述過程可以表述為非運行狀態時上永磁鐵的吸引力F±7；Mee=下永磁鐵的吸引力FT7；Mee +銜鐵和衝頭自重力G。電磁線圈通入正向電流，衝頭向下衝擊時衝頭衝力電磁驅力F電磁+上永磁鐵斥力F上永纖+下永磁鐵吸力F下永磁鐵+銜鐵和衝頭自重力G+衝擊動能F動能。電磁線圈通入反向電流，衝頭向上復位時衝頭回復力F彈黃=電磁驅力Fm+上永磁鐵吸力F上永磁鐵+下永磁鐵斥力F下永磁鐵~銜鐵和衝頭自重力G。計算結果表明，本實用新型即使不存在上下永磁鐵，並設Fatg=OJFtti時，即可輸出與圖I所示永磁衝床相等的衝擊力。計算公式為衝頭衝力Fit=電磁驅力Ftti +衝擊動能力F動能=1· 3F電磁。本實用新型的最優方案，設定F上永纖和F下永纖之和為F電磁，F動能取保險數值O. 25F電磁，忽略銜鐵和衝頭的自重力G，則衝頭衝力Ff電磁驅力F_ +上永磁鐵斥力F上永纖+下永磁鐵吸力F下永磁鐵+銜鐵和衝頭自重力G+衝擊動能F動能=2. 25F電磁，是圖I所示永磁助力電磁衝床的I. 73倍，是普通電磁衝床的4倍；衝頭回復力Fasg=電磁驅力Ftti+上永磁鐵吸力F上永纖+下永磁鐵斥力F下永纖-銜鐵和衝頭自重力G=2F電磁。以上僅為本發明具體實施方式
的說明，不以任何形式對本發明做出限制。本技術領域的技術人員根據本發明提供的思路及總體方案，設計出的結構細節不同的永磁助力電磁衝壓機，如改變上、下永磁鐵的極性，變化上、下永磁鐵的幾何形狀與緩衝結構等，均落入本發明的保護範圍 。
權利要求1.一種永磁助力電磁衝壓機，包括軛鐵(15)、衝頭(20)以及固連於所述衝頭上方的銜鐵(16)，其特徵在於所述軛鐵(15)上方固連上端蓋(11)，所述軛鐵(15)下方固連下端蓋(17)，所述上端蓋(11)、軛鐵(15 )和下端蓋(17 )圍設成一供所述衝頭(20 )和銜鐵(16 )上下往復運動的容腔，所述上端蓋(11)的下方固連有上永磁鐵(12)，所述下端蓋(17)的上方固連有下永磁鐵(19 )，所述上、下永磁鐵相對端的極性相同。
2.根據權利要求I所述的永磁助力電磁衝壓機，其特徵在於所述軛鐵(15)內設有電磁線圈(14),所述電磁線圈(14)內交替通入正向電流和反向電流,當電流形成的電磁場對所述銜鐵(16)施加向下的電磁驅力時，銜鐵(16)上端的極性與上永磁鐵(12)下端的極性相同，銜鐵(16)下端的極性與下永磁鐵(19)上端的極性相反；電流反向時，形成的電磁場對所述銜鐵(16)施加向上的電磁驅力，銜鐵(16)上端的極性與上永磁鐵(12)下端的極性相反，下端的極性與下永磁鐵(19)上端的極性相同。
3.根據權利要求I所述的永磁助力電磁衝壓機，其特徵在於所述銜鐵(16)的上端固連有上緩衝墊(13 )，所述銜鐵(16 )的下端固連有下緩衝墊(18 )。
4.根據權利要求I所述的永磁助力電磁衝壓機，其特徵在於所述下永磁鐵(19)和下端蓋(17)上均設有供所述衝頭穿過的通孔。
專利摘要本實用新型公開了一種永磁助力電磁衝壓機，包括軛鐵、衝頭以及固連於所述衝頭上方的銜鐵，所述軛鐵上方固連上端蓋，所述軛鐵下方固連下端蓋，所述上端蓋、軛鐵和下端蓋圍設成一供所述衝頭和銜鐵上下往復運動的容腔，所述上端蓋的下方固連有上永磁鐵，所述下端蓋的上方固連有下永磁鐵，所述上、下永磁鐵相對端的極性相同。本實用新型在輸入功率相同的情況下，衝頭向下運動的合力增加，衝頭衝擊力可達電磁驅動力的2倍以上，合力增加又同時使衝頭向下運動的速度增加，從而使衝頭衝量增大，衝壓效果好。本實用新型取消了現有永磁衝床中採用的彈簧復位機構，杜絕了彈簧卡滯而造成的設備故障，總體結構簡單、工作安全可靠。
文檔編號B30B1/42GK202623325SQ20122006282
公開日2012年12月26日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者肖瑩華, 羅力恆, 王傳洋, 鍾康民 申請人:蘇州大學