永磁助力機械增力電磁衝壓機的製作方法
2024-02-10 07:33:15
專利名稱：永磁助力機械增力電磁衝壓機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁衝壓機，具體涉及一種同時採用永磁助力、機械增力以及電磁驅動的永磁助力機械增力電磁衝壓機。
背景技術：
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1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F彈g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F7ica，而受到向上的力主要為彈簧回復力F彈』上述向下的電磁驅力Ftti、衝頭主軸自重力G和永磁吸力F7ica之和大於向上的彈簧回復力F彈$衝頭主軸 3受合理作用向下運動，並形成向下的衝力Fi^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F7ica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F7ica，而受到向上的力變為電磁驅力Ftti和彈簧回復力F彈黃，上述向上的電磁驅力Ftti和彈簧回復力 F彈g之和大於向下的衝頭主軸自重力G和永磁吸力F7ica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F彈g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#g。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F衝=電磁驅力Ftti+永磁吸力F7ica+衝頭自重力G-彈簧回復力F#g。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F7icfit5本發明最優方案中，設定F7icfi=O. 75F電磁，F#g=0. 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F7ica +衝頭自重力G-彈簧回復力Fasg=L 5F ；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1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 =0.2F電磁，則該發明最優方案中，同樣設定F7iai=O. 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彈黃-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= (0. 5^0.6)FMO這說明，圖1 所示發明的最優方案，其主軸衝力是普通電磁衝床的2. 16^2. 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機械增力電磁衝壓機。
發明內容
本發明的發明目的是提供一種永磁助力機械增力電磁衝壓機，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，本發明採用的技術方案是一種永磁助力機械增力電磁衝壓機，包括由軛鐵、電磁線圈和銜鐵構成的電磁驅動裝置，所述電磁衝壓機包括上下設置的兩套電磁驅動裝置，兩所述電磁驅動裝置的上、下銜鐵通過過渡體連接，上電磁驅動裝置上方設有與衝壓機機體固連的上永磁鐵，下電磁驅動裝置下方設有與衝壓機機體固連的下永磁鐵。上文中，所述過渡體由非導磁材料製成。上述技術方案中，所述電磁衝壓機還包括二級肘杆機械增力裝置，所述二級肘杆機械增力裝置由一級單邊肘杆和二級雙邊肘杆鉸接而成，所述一級單邊肘杆鉸接於過渡體上，所述二級雙邊肘杆的上肘杆的上端與衝壓機機體鉸接，所述二級雙邊肘杆的下肘杆的下端與衝壓機衝頭鉸接。
上述技術方案中，所述電磁衝壓機包括至少2個二級肘杆機械增力裝置。優選的， 所述過渡體的左右兩側對稱地設有兩二級肘杆機械增力裝置，通過上述結構，所述過渡體和衝壓機衝頭上所受到的徑向力為零，只受到軸向力。但機械增力裝置不局限於2個，還可以是3個或4個，相對於過渡體的軸線對稱設置。上述技術方案中，兩所述電磁驅動裝置的電磁線圈內交替通入正向電流和反向電流，當電流形成的電磁場對銜鐵施加向下的電磁驅力時，上電磁驅動裝置的銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相同，下電磁驅動裝置的銜鐵下端的極性與下永磁鐵上端的極性相反；電流反向時，形成的電磁場對銜鐵施加向上的電磁驅力，上電磁驅動裝置的銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相反，下電磁驅動裝置的銜鐵下端的極性與下永磁鐵上端的極性相同。上述技術方案中，所述下永磁鐵上設有供銜鐵穿過的通孔。本發明的工作過程和受力分析如下所述
上、下銜鐵通過過渡體連接，現將上、下銜鐵、過渡塊作為一個整體進行力的分析，設定兩套所述電磁驅動裝置相同。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。當電控系統對上、下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，上、下銜鐵分別受到電磁線圈所施加的向下的電磁驅動力和FTtti、上永磁鐵的排斥力以及下永磁鐵的吸引力FT7;M鐵，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。同時，本發明中的機械增力裝置採用二級肘杆機構，可將力進行幾倍甚至幾十倍的放大，當上、下肘杆的長度相等時，力放大係數計算公式為
權利要求
1.一種永磁助力機械增力電磁衝壓機，包括由軛鐵、電磁線圈和銜鐵構成的電磁驅動裝置，其特徵在於所述電磁衝壓機包括上下設置的兩套電磁驅動裝置，兩所述電磁驅動裝置的上、下銜鐵(5，11)通過過渡體(6)連接，上電磁驅動裝置上方設有與衝壓機機體固連的上永磁鐵(1)，下電磁驅動裝置下方設有與衝壓機機體固連的下永磁鐵(13)。
2.根據權利要求1所述的電磁衝壓機，其特徵在於所述電磁衝壓機還包括二級肘杆機械增力裝置，所述二級肘杆機械增力裝置由一級單邊肘杆(7)和二級雙邊肘杆鉸接而成， 所述一級單邊肘杆(7)鉸接於過渡體(6)上，所述二級雙邊肘杆的上肘杆(10)的上端與衝壓機機體鉸接，所述二級雙邊肘杆的下肘杆(9)的下端與衝壓機衝頭(15)鉸接。
3.根據權利要求2所述的電磁衝壓機，其特徵在於所述電磁衝壓機包括至少2個二級肘杆機械增力裝置。
4.根據權利要求1所述的電磁衝壓機，其特徵在於兩所述電磁驅動裝置的電磁線圈內交替通入正向電流和反向電流，當電流形成的電磁場對銜鐵施加向下的電磁驅力時，上電磁驅動裝置的銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相同，下電磁驅動裝置的銜鐵下端的極性與下永磁鐵上端的極性相反；電流反向時，形成的電磁場對銜鐵施加向上的電磁驅力，上電磁驅動裝置的銜鐵上端的極性與上永磁鐵下端的極性相反，下電磁驅動裝置的銜鐵下端的極性與下永磁鐵上端的極性相同。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電磁衝壓機，其特徵在於所述下永磁鐵(13) 上設有供銜鐵穿過的通孔。
全文摘要
本發明公開了一種永磁助力機械增力電磁衝壓機，包括由軛鐵、電磁線圈和銜鐵構成的電磁驅動裝置，所述電磁衝壓機包括上下設置的兩電磁驅動裝置，兩所述電磁驅動裝置的上、下銜鐵通過過渡體連接，上電磁驅動裝置上方設有與衝壓機機體固連的上永磁鐵，下電磁驅動裝置下方設有與衝壓機機體固連的下永磁鐵。本發明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20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。本發明採用了二級肘杆機械增力裝置，當各角度選擇適當時，力放大係數可達6.7以上，衝頭衝力大，可用於衝壓硬度較高的材料。
文檔編號B30B1/42GK102555258SQ201210043720
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者王傳洋, 肖瑩華, 鍾康民 申請人:蘇州大學