一种电流辅助电磁冲裁加工装置及其控制方法与流程

本发明涉及非晶合金材料塑性成形技术领域，尤其是一种电流辅助电磁冲裁加工装置及其控制方法。

背景技术：

非晶合金是一类新的工程材料，此种材料具有高强度、高弹性、耐腐蚀性以及熔融状态下可加工性等特性。非晶合金的原子结构排列并非是晶态合金的长程有序模式。非晶材料的获得一般地通过使熔融合金以“足够快”的冷却速率从结晶相的融化温度以上冷却至非晶相的“玻璃转化温度”以下，从而避免合金晶体的成核和生长。早期的非晶材料的“临界冷却速率”是极高的。因此，常规的加工工艺并不适用于如此高的冷却速率。因为这些非晶合金的临界冷却速率严重地限制了由非晶合金制成的部件尺寸，所以早期的非晶合金加工生产受到了限制。

多年来，确定的是“临界冷却速率”很大程度上取决于非晶合金的化学组成。因此，大量的研究都集中于研发具有更低的临界冷却速率的新的合金组成。而如今，一些新的非晶合金系统的特征在于临界速率低至几摄氏度/秒，这允许比之前可实现的非晶相现象有更多的处理和成形方式。

近来，已经研发出通过对非晶合金材料进行均匀加热，使用快速电容器放电成形工具将其热塑性成形为一定形状来克服这些常规方法的许多局限的方法。电容器放电成形利用储存于电容器内的电能的释放在几毫秒或更短的时间内均匀地将非晶合金材料的样品加热到在非晶合金玻璃化转变温度与合金的平衡熔点之间的预定“处理温度”。从而，我们找到利用在电流辅助加热方法使非晶合金加热到“处理温度”后进行冲裁加工的方法。

由于非晶合金优异的性能，现已用于航空航天、军事兵器、电子机械等诸多领域，应用前景十分广泛。然而目前其加工成形的难度在一定程度上限制了其应用的推广，现利用在电流辅助加热使非晶合金加热到“处理温度”同时结合电磁助推冲裁的方法，对非晶合金材料进行冲裁加工。采用电磁冲裁的方式，具有冲裁加工能量易于精确控制、冲裁速度快、加工精度高等特点,改善非晶合金零件断面质量。一定程度上丰富了非晶合金的加工工艺，为其更广泛的应用于各个方面提供了更大可能。

技术实现要素：

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种冲裁加工能量易于精确控制、冲裁速度快、加工精度高的电流辅助电磁冲裁加工装置及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种电流辅助电磁冲裁加工装置，包括凸模、凹模、两个加热电极、凸模回复件、助推线圈组、驱动片、加热件和电磁驱动件；所述加热电级固定于所述凹模上，待成形板料固定于所述加热电极上；所述凸模包括固定部和成形部；所述成形部和所述凹模相适配；所述凸模回复件包括回复弹簧、导向杆和外固定框；所述导向杆穿过所述固定部固定于所述外固定框内，所述回复弹簧套设于所述导向杆上；所述驱动片固定于所述固定部上方；所述助推线圈组与所述电磁驱动件电连接；所述助推线圈组固定设置于所述外固定框内壁上且与所述驱动片相正对设置；所述成形部穿出所述外固定框以实现对待成形板料的冲裁。

作为进一步改进，所述凹模设置于所述凸模下方；所述固定部呈长方形状，所述成形部呈圆柱状且垂直设置于所述固定部的中心处下方。

作为进一步改进，所述导向杆的数量为四根，对称设置于所述成形部四周；所述回复弹簧的数量为八个，分别套设在所述固定部上下方的导向杆上。

作为进一步改进，所述成形部外侧进一步套设有导向用的导套；所述导套包括凸缘部和导向部；所述凸缘部与所述固定部平行设置且固定贴设于所述外固定框内壁上；所述导向部与所述成形部相平行设置且与所述成形部和所述外固定框相紧贴设置。

作为进一步改进，所述助推线圈组的数量为至少一个；所述助推线圈组包括若干个子线圈；所述子线圈为紫铜线绕制成的螺旋管线圈，所述子线圈的截面为圆形或矩形。

作为进一步改进，所述凹模上进一步设置有一缓冲件；所述凹模上开设有与所述成形部相适配的圆槽；所述缓冲件包括缓冲弹簧和顶板；所述缓冲弹簧一端固定设置于所述圆槽的下表面，另一端与所述顶板相固定连接。

作为进一步改进，所述加热电极包括电极上半部和电极下半部；待成形板料固定于所述电极上半部和电极下半部之间并通过螺栓固定。

作为进一步改进，所述加热件与所述加热电极电连接；所述加热件包括第一电源、第一电容器、第一电源控制开关、第一电容器控制开关、第一分压电阻和第一电感器件；所述电磁驱动件包括第二电源、第二电容器、第二电源控制开关、第二电容器控制开关、第二分压电阻和第二电感器件。

一种电流辅助电磁冲裁加工装置的控制方法，包括以下步骤：

s1：将待成形板料置于所述凹模上，并固定于所述加热电极上；

s2：利用所述加热件放电电流通过待成形板料对其进行加热处理，直至待成形板料达到玻璃态待处理温度；

s3：利用电磁驱动件放电通过所述助推线圈组产生磁场，在此磁场中所述驱动片受磁力作用驱动所述凸模高速运动对待成形板料进行冲裁加工；

s4：断开所述加热件电源和所述电磁驱动件电源，取出成形板料，完成冲裁成形加工。

作为进一步改进，在s3步骤中：当所述凸模冲裁动作结束后，所述回复弹簧提供弹力使所述凸模沿着所述导向杆方向回复到预备冲裁位置。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、本发明一种电流辅助电磁冲裁加工装置及其控制方法采用电容器快速放电加热可使非晶合金板料快速加热到玻璃态的处理温度，并将电容器辅助加热与电磁助推冲裁相结合，通过精确控制加热电路与电磁驱动电路闭合的先后时序，准确地在非晶合金板料达到玻璃态处理温度时进行冲裁加工，该工艺既能保证加热速度，又能减少加工时间，能够解决断面附近存在微裂纹、冲裁模具磨损等问题。

2、本发明一种电流辅助电磁冲裁加工装置具有冲裁加工能量易于精确控制、冲裁速度快、加工精度高等特点,改善非晶合金零件断面质量。

附图说明

附图1是本发明一种电流辅助电磁冲裁加工装置的剖视结构示意图；

附图2是本发明一种电流辅助电磁冲裁加工装置中加热件的电路图；

附图3是本发明一种电流辅助电磁冲裁加工装置中电磁驱动件的电路图。

主要元件符号说明

凸模10、固定部11、成形部12、

凹模20、

加热电极30、电极上半部31、电极下半部32、

凸模回复件40、回复弹簧41、导向杆42、外固定框43、

助推线圈组50、

驱动片60、

导套70、凸缘部71、导向部72、

缓冲件80、缓冲弹簧81、顶板82、

加热件90、第一电源91、第一电容器92、第一电源控制开关93、第一电容器控制开关94、第一分压电阻95、电感器件96、

电磁驱动件100、第二电源101、第二电容器102、第二电源控制开关103、第二电容器控制开关104、第二分压电阻105、第二电感器件106、

待成形板料110、

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图，实施例中，一种电流辅助电磁冲裁加工装置，包括凸模10、凹模20、两个加热电极30、凸模回复件40、助推线圈组50、驱动片60、加热件和电磁驱动件；整体通过这样的结构，采用电流加热辅助电磁冲裁的方式对非晶合金进行加工，冲裁加工能量易于精确控制、冲裁速度快、加工精度高。

请参考图1，实施例中，所述凹模20设置于所述凸模10下方，所述凸模10和凹模20均采用陶瓷材料制成；所述凸模10包括固定部11和成形部12，整体在截面上呈t型，具体的，所述固定部11呈长方形状，所述成形部12呈圆柱状且垂直设置于所述固定部11的中心处下方；所述成形部12和所述凹模20相适配；所述凸模回复件40包括回复弹簧41、导向杆42和外固定框43；所述导向杆42穿过所述固定部11固定于所述外固定框43的上下内壁之间，所述回复弹簧41套设于所述导向杆42上；所述外固定框43下方开有槽部以供所述成形部12伸出以实现对待成形板料110的冲裁。

进一步地，所述导向杆42的数量为四根，设置于所述成形部12四周；所述回复弹簧41的数量为八个，分别套设在所述固定部11上下方的导向杆42上；所述回复弹簧41可通过压缩实现所述固定部11在所述导向杆42方向上的上下运动；该装置还可以进一步包括一底座，所述凹模20固定安装于底座上。

除此之外，所述成形部12外侧进一步套设设置有导套70进行导向；所述导套70包括凸缘部71和导向部72；所述凸缘部71与所述固定部11平行设置且固定贴设于所述外固定框43内壁上，当所述固定部11向下运动时，所述固定部11下表面碰到所述凸缘部71后停止运动，即所述凸缘部71的厚度大小可根据待成形板料110需要加工的多少来决定以精确控制所述固定部11的行程；所述导向部72与所述成形部12相平行设置且与所述成形部12和所述外固定框43相紧贴设置，所述竖直部72可实现对所述成形部12的导向。

请参考图1，实施例中，所述助推线圈组50的数量为至少一个；所述助推线圈组50包括若干个子线圈；所述子线圈为紫铜线绕制成的螺旋管线圈，所述子线圈的截面为圆形或矩形。所述驱动片60固定于所述固定部11上方；所述助推线圈组50与所述电磁驱动件电连接；所述助推线圈组50固定设置于所述外固定框43内壁上且与所述驱动片60相正对设置；所述电磁驱动件100包括第二电源101、第二电容器102、第二电源控制开关103、第二电容器控制开关104、第二分压电阻105和第二电感器件106，所述电磁驱动件的控制开关包括所述电磁驱动件的电源开关和所述电容器的控制开关，所述电磁驱动件串联于助推线圈的两接头。采用这样的结构设计可以有效通过助推线圈组50的磁感应来控制驱动片60向下运动，从而带动所述凸模10整体向下运动

请参考图，实施例中，所述加热电极30固定于所述凹模20上，待成形板料110固定于所述加热电极30上；所述加热电极30包括电极上半部31和电极下半部32；待成形板料110固定于所述电极上半部31和电极下半部32之间并通过螺栓固定，用螺栓锁紧保证待成形板料110与电极间接触良好；所述加热件与所述加热电极30电连接；所述加热件90包括第一电源91、第一电容器92、第一电源控制开关93、第一电容器控制开关94、第一分压电阻95和第一电感器件96，该加热电路连接加热电极30的上下两个铜电极即电极上半部31和电极下半部32。

请参考图1，实施例中，所述凹模20上进一步设置有一缓冲件80；所述凹模20上开设有与所述成形部12相适配的圆槽；所述缓冲件80包括缓冲弹簧81和顶板82；所述缓冲弹簧81一端固定设置于所述圆槽的下表面，另一端与所述顶板82相固定连接。采用这样的结构可以保证冲裁过程中凸模10不会在驱动片60的带动下由于力过大而对待成形板料110产生过大的压力，保证待成形板料110的加工精度。

一种电流辅助电磁冲裁加工装置的控制方法，包括以下步骤：

s1：将待成形板料置于所述凹模20上，并固定于所述加热电极30上；

s2：利用所述加热件放电电流通过待成形板料对其进行加热处理，直至待成形板料达到玻璃态待处理温度；

s3：利用电磁驱动件放电通过所述助推线圈组50产生磁场，在此磁场中所述驱动片60受磁力作用驱动所述凸模10高速运动对待成形板料进行冲裁加工；

s4：断开所述加热件电源和所述电磁驱动件电源，取出成形板料，完成冲裁成形加工。

具体的，先闭合加热件90中的第一电源控制开关93和电磁驱动件100中的第二电源控制开关103，分别使加热件90中的第一电源91、电磁驱动件100中的第二电源101对各自电路中的电容器进行充能；当充电电压达到所需电压后，立刻断开充电回路即加热件90和电磁驱动件100的电源控制开关并同时闭合加热件90中的第一电容器控制开关94，使加热件90中的第一电容器92对待冲裁板料进行放电加热，待冲裁板料在电容器放电电流的作用下被加热到玻璃态处理温度后(此过程一般都在几毫秒内完成)，闭合电磁驱动件100中的第二电容器控制开关104，使所述第二电容器102对所述助推线圈组50放电，所述助推线圈组50在电容器释放的脉冲电流的作用下产生一个强磁场，此时处在磁场中的所述驱动片60收到强电磁力的作用迅速向下推动与其相连结的凸模10做冲裁动作，对待冲裁板料进行冲裁；被冲裁部分位于所述顶板82上，在缓冲弹簧81的缓冲下与成形后的板料分离落下，至此完成一个完整的冲裁加工。

进一步地，当所述凸模10冲裁动作结束后，所述回复弹簧41提供弹力使所述凸模10沿着所述导向杆42方向回复到预备冲裁位置以供下一次冲裁动作的开始。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。