专利名称：永磁助力机械增力电磁冲压机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电磁冲压机，具体涉及一种同时采用永磁助力、机械增力以及电磁驱动的永磁助力机械增力电磁冲压机。
背景技术：
在电子与信息产品的生产过程中，需要大量的小型与微型冲压设备。相对于机械与气动冲床，电磁冲床具有能量传递路线最短，结构最为简单，频率高，价格低等突出优势。如中国发明专利CN1715043A公开了一种永磁冲床，实际为一种永磁助力电磁冲床，其包括轭铁2和在其内做上下往复运动的冲头31，所述冲头31固连衔铁32，还包括使所述轭铁2和衔铁32构成磁回路的磁驱动机构，所述磁驱动机构中既设置有对所述衔铁2施加电磁驱力的电磁机构，又设置有对所述衔铁2施加永磁吸力的永磁体8。该发明的电磁机构中交替通入正向电流和反向电流,正向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向 相同的电磁驱力，反向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向相反的电磁驱力。如图I所示，电磁机构设置在机架上，衔铁与导套板相连，导套板可沿导柱做上、下往返运动。其工作过程描述如下在非运行状态时，冲头主轴3在复位弹簧4的作用下处于行程最高点，此时，冲头主轴自重力G和弹簧回复力Fasg相等。当电磁线圈5通入正向电流时,衔铁32受到向下的电磁驱力作用，带动冲头主轴3向下运动，同时压缩复位弹簧4。此时，冲头主轴3受到向下的力包括电磁驱力Ftti、冲头主轴自重力G和永磁吸力F永磁，而受到向上的力主要为弹簧回复力F#g。上述向下的电磁驱力Ftti、冲头主轴自重力G和永磁吸力F永磁之和大于向上的弹簧回复力Fasg，冲头主轴3受合理作用向下运动，并形成向下的冲力F#，以整体动能转化为对工件的冲量，完成冲头31对工件的加工。当电磁线圈5通入反向电流时，由于电磁线圈对衔铁32产生电磁驱力Ftti与永磁吸力F永磁反向，所以冲头主轴3受到向下的力仅为冲头主轴自重力G和永磁吸力F永磁，而受至IJ向上的力变为电磁驱力Ftti和弹簧回复力Fasg，上述向上的电磁驱力Fm和弹簧回复力Fasg之和大于向下的冲头主轴自重力G和永磁吸力F永磁之和，冲头主轴3受合力作用向上运动，直到向上的电磁驱力Ftti和弹簧回复力Fasg之和等于向下的冲头主轴自重力G和永磁吸力F7iai之和。上述过程可以表述为非运行状态时冲头主轴自重力G=弹簧回复力F弹黃。电磁线圈通入正向电流，冲头主轴3向下冲击时冲头主轴冲力Fit=电磁驱力Fm+永磁吸力F永磁+冲头自重力G-弹簧回复力F弹簧。电磁线圈通入反向电流，冲头主轴3向上复位时冲头主轴回复力F4=弹簧回复力Fasg+电磁驱力Ftti -冲头自重力G-永磁吸力F永磁。本发明最优方案中，设定F永磁=0. 75F电磁，Falg=O. 25F电磁，因冲头自重力G较小，可忽略，所以永磁冲床冲头主轴冲力Fit=电磁驱力Ftti+永磁吸力F永磁+冲头自重力G-弹簧回复力Fasg=L 5FM ;冲头主轴回复力F4=弹簧回复力Fasg+电磁驱力Ftti-冲头自重力G-永磁吸力F細=0. 5 F电磁。从上述工作过程和受力分析可知，本发明通过在轭铁和衔铁的磁回路上设置始终对所述衔铁产生永磁吸力的永磁体，使冲头向下运动时的冲力增加，同时通过设置产生正反电磁场的电磁线圈，使冲头向上运动时的回复力也得到增加，从而对工件的冲量增大、冲击效率提高、整机功耗小、控制系统的复杂度降低。
但是从上述的工作过程及受力分析中可知，冲头主轴在上下往返的过程中始终存在复位弹簧的作用力。当冲头主轴向下冲击时，弹簧回复力为阻力，弹簧回复力与其被压缩量成正比，所以电磁冲床的输出力，随着冲头的向下运动越来越小，这不仅与冲压工艺对冲床输出力的要求相悖，而且衔铁及冲头向下运动的加速度越来越小，其动能转化的冲击力，一般可以忽略不计。当冲头主轴向上复位时，弹簧回复力为动力，弹簧反弹，使冲头主轴复位。需要特别说明的是，该发明的说明书中，忽略了导套板与导柱之间的摩擦力。众所周知，如图I所示的双导柱结构，导套板与导柱之间因摩擦而导致的力损失，是不容忽视的。这一摩擦力，至少不会低于电磁驱力的20%。设摩擦力Fws =OJFtti，则该发明最优方案中，同样设定F7；m=0· 75F电磁，Falg=O. 25F电磁，冲头主轴冲力Fit=电磁驱力F电磁+永磁吸力F永磁+冲头自重力G-弹簧抗力F體-摩擦力F摩擦=1. 3F电磁对普通电磁冲床的实验测试说明，其冲头主轴冲力Fit= (O. 5^0. 6)F%{i。这说明，图I所示发明的最优方案，其主轴冲力是普通电磁冲床的2. 16^2. 6倍。此外，该发明中的双导柱与弹簧组合的复位机构，不仅会因摩擦而导致力损失，而且机构容易出现卡滞不能复位、造成设备故障从而无法继续工作。为解决上述问题，需要提供一种冲压力大、不使用弹簧复位机构即可使冲头主轴快速复位，满足冲压工艺对冲床输出力的要求，冲击、复位安全可靠的高冲击频率的永磁助力机械增力电磁冲压机。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种永磁助力机械增力电磁冲压机，通过结构的改进，冲床输出力大，冲击过程时间短，工作效率高，冲击、复位安全可靠。为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是一种永磁助力机械增力电磁冲压机，包括由轭铁、电磁线圈和衔铁构成的电磁驱动装置，所述电磁冲压机包括上下设置的两套电磁驱动装置，两所述电磁驱动装置的上、下衔铁通过过渡体连接，上电磁驱动装置上方设有与冲压机机体固连的上永磁铁，下电磁驱动装置下方设有与冲压机机体固连的下永磁铁。上文中，所述过渡体由非导磁材料制成。上述技术方案中，所述电磁冲压机还包括二级肘杆机械增力装置，所述二级肘杆机械增力装置由一级单边肘杆和二级双边肘杆铰接而成，所述一级单边肘杆铰接于过渡体上，所述二级双边肘杆的上肘杆的上端与冲压机机体铰接，所述二级双边肘杆的下肘杆的下端与冲压机冲头铰接。上述技术方案中，所述电磁冲压机包括至少2个二级肘杆机械增力装置。优选的，所述过渡体的左右两侧对称地设有两二级肘杆机械增力装置，通过上述结构，所述过渡体和冲压机冲头上所受到的径向力为零，只受到轴向力。但机械增力装置不局限于2个，还可以是3个或4个，相对于过渡体的轴线对称设置。上述技术方案中，两所述电磁驱动装置的电磁线圈内交替通入正向电流和反向电流，当电流形成的电磁场对衔铁施加向下的电磁驱力时，上电磁驱动装置的衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相同，下电磁驱动装置的衔铁下端的极性与下永磁铁上端的极性相反；电流反向时，形成的电磁场对衔铁施加向上的电磁驱力，上电磁驱动装置的衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相反，下电磁驱动装置的衔铁下端的极性与下永磁铁上端的极性相同。·上述技术方案中，所述下永磁铁上设有供衔铁穿过的通孔。本实用新型的工作过程和受力分析如下所述上、下衔铁通过过渡体连接，现将上、下衔铁、过渡块作为一个整体进行力的分析，设定两套所述电磁驱动装置相同。在非运行状态时，电磁线圈不通电，衔铁不呈现磁性，衔铁和冲头可能处于上、下两端的两个极限位置。处于上极限位置时，上永磁铁对衔铁的吸引力大于下永磁铁对衔铁的吸引力、衔铁和冲头重力之和，衔铁被上永磁铁吸附住，如图2所示。衔铁和冲头处于下极限位置时，衔铁被下永磁铁吸附住。上文中，选择上端为N极、下端为S极的上永磁铁，则下永磁铁的上端为S极，下端为N极。当电控系统对上、下电磁线圈通以正向励磁电流时，设定衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力方向向下，衔铁被磁化为上端为S极，下端为N极。此时，上、下衔铁分别受到电磁线圈所施加的向下的电磁驱动力F±% 和F Ttti、上永磁铁的排斥力F 以及下永磁铁的吸引力Ft永磁铁，在上述三种力与衔铁和冲头的自重力G共同作用下，衔铁与冲头将以较大的加速度向下运动产生冲击力，以整体动能转化为对工件的冲量，完成冲头对工件的加工。由于衔铁及冲头向下运动的加速度越来越大，其动能转化的冲击动能力Fatg,至少可以达到电磁驱动力的30%以上。同时，本实用新型中的机械增力装置采用二级肘杆机构，可将力进行几倍甚至几十倍的放大，当上、下肘杆的长度相等时，力放大系数计算公式为
V■>!.
/aI
^= -——+iL其中为肘杆与水平线的夹角、为上、下肘杆与竖直线的夹角，
21 tan Cf1 tan or-, Ia'
- <*■ ^ ￡ ■
V为机构的效率。经验可知:η邊9 ;冲压开始时，取％ =α; =155 ;代入上述公式计算可得: = 6.7
O当电控系统对电磁线圈通以反向励磁电流时，衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力方向向上，衔铁被磁化为上端为N极，下端为S极。此时，衔铁受到电磁线圈所施加的向上的电磁驱动力F上电磁和F下电磁、下永磁铁的排斥力F下永纖以及上永磁铁的吸引力F上永磁β，在上述三种力与衔铁和冲头的自重力G共同作用下，冲头加速向上运动，运动停止后，切断励磁电流，衔铁被上永磁铁吸附在行程最高点。上述过程可以表述为非运行状态时上永磁铁的吸引力F±7；k_=下永磁铁的吸引力FT7；k_ +衔铁和冲头自重力G。电磁线圈通入正向电流，冲头向下冲击时冲头冲力上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力F下_+上永磁铁斥力F上永纖+下永磁铁吸力F下細铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能。通过机械增力装置力放大后冲头冲力P冲=i * (上电磁驱力Fitti+下电磁驱力F下电磁+上永磁铁斥力F上永磁铁+下永磁铁吸力F下細铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动
能)°电磁线圈通入反向电流，冲头向上复位时冲头回复力Fasg=上电磁驱力F±tti+下电磁驱力Frtti+上永磁铁吸力F上永磁铁+下永磁铁斥力F下細铁-衔铁和冲头自重力G。计算结果表明，本实用新型即使不存在上、下永磁铁以及机械增力装置，设Faffi=0. 3F4{i，上、下电磁驱动装置与图I中的电磁驱动装置相同，即可输出大于图I所示永磁冲床的冲击力。计算公式为冲头冲力Fit=上电磁驱力磁+下电磁驱力FT%磁+冲击动能力 F动能=2· 3F电磁， 相较于图I中的冲头冲力F冲大I AF4磁力。本实用新型的最优方案，设定Fi7icatt和FT7；Mtt之和为Ftti, Fatg取保险数值O. 25F￠{1,上、下电磁驱动装置与图I中的电磁驱动装置相同，忽略衔铁和冲头的自重力G，取α =α2 =15: ,I ι0-9。则冲头冲力F，冲=i * (上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力F下电磁+上永磁铁斥力F上永磁铁+下永磁铁吸力F下細铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能)= *3· 25F电磁=21. 78 F
是图I所示永磁助力电磁冲床的16. 75倍，是普通电磁冲床的36. 3倍；冲头回复力Fasg=上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力Frtti+上永磁铁吸力F上永磁铁+下永磁铁斥力F下細铁-衔铁和冲头自重力G=3F电磁。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点I.本实用新型在输入功率相同的情况下，冲头向下运动的合力增加，冲头冲击力可达电磁驱动力的20倍以上，合力增加又同时使冲头向下运动的速度增加，从而使冲头冲量增大，冲压效果好。2.本实用新型采用了二级肘杆机械增力装置，当各角度选择适当时，力放大倍数可达6. 7以上，冲头冲力大，可用于冲压硬度较高的材料。3.本实用新型在冲头运动行程相同的情况下，由于驱动冲头上、下运动的合力增力口，使其向上、向下运动的速度增加，缩短了一个冲击回合的时间提高冲击频率。4.本实用新型取消了现有永磁冲床中采用的弹簧复位机构，不仅杜绝了弹簧卡滞而造成的设备故障，而且不存在导套板与导柱之间因摩擦而导致的力损失，能源利用率高。5.总体结构简单,制造成本低,工作安全可靠。
[0051]图I是背景技术中永磁冲床的结构示意图；其中2、轭铁；3、主轴；31、冲头；32、衔铁；4、复位弹簧；5、电磁线圈；8、永磁体；图2是本实用新型实施例一非运行状态时的结构示意图；图3是实施例一的电磁线圈通入正向电流时的结构示意图；图4是实施例一的电磁线圈通入反向电流时的结构示意图；其中1、上永磁铁；5、上衔铁；6、过渡体；7、肘杆；10、上肘杆；9、下肘杆；11、下衔铁；13、下永磁铁；15、冲头。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见图2所示，一种永磁助力机械增力电磁冲压机，包括上下设置的两套相同的电磁驱动装置，所述电磁驱动装置由轭铁、电磁线圈和衔铁构成，两所述电磁驱动装置的上衔铁5和下衔铁11通过非导磁材料制成的过渡体6连接，上电磁驱动装置上方设有与冲压机机体固连的上永磁铁1，下电磁驱动装置下方设有与冲压机机体固连的下永磁铁13，本实施例中，所述上永磁铁I和下永磁铁13相对端的极性相同。两所述电磁驱动装置的电磁线圈内交替通入正向电流和反向电流，当电流形成的电磁场对衔铁施加向下的电磁驱力时，上电磁驱动装置的衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相同，下电磁驱动装置的衔铁下端的极性与下永磁铁上端的极性相反；电流反向时，形成的电磁场对衔铁施加向上的电磁驱力，上电磁驱动装置的衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相反，下电磁驱动装置的衔铁下端的极性与下永磁铁上端的极性相同。所述下永磁铁13上设有供衔铁穿过的通孔。所述电磁冲压机还包括对称设置于过渡体6左右两侧的两二级肘杆机械增力装置，所述二级肘杆机械增力装置由一级单边肘杆7和二级双边肘杆铰接而成，所述一级单边肘杆7铰接于过渡体6上，所述二级双边肘杆的上肘杆10的上端与冲压机机体铰接，所述二级双边肘杆的下肘杆9的下端与冲压机冲头15铰接。本实用新型的工作过程和受力分析如下所述因上、下衔铁通过过渡体连接，现将上、下衔铁、过渡块作为一个整体进行力的分析，设定两套所述电磁驱动装置相同。在非运行状态时，电磁线圈不通电，衔铁不呈现磁性，衔铁和冲头可能处于上、下两端的两个极限位置。处于上极限位置时，上永磁铁对衔铁的吸引力大于下永磁铁对衔铁的吸引力、衔铁和冲头重力之和，衔铁被上永磁铁吸附住，如图2所示。衔铁和冲头处于下极限位置时，衔铁被下永磁铁吸附住。上文中，选择上端为N极、下端为S极的上永磁铁，则下永磁铁的上端为S极，下端为N极。如图3所示，当电控系统对上、下电磁线圈通以正向励磁电流时，设定衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力方向向下，衔铁被磁化为上端为S极，下端为N极。此时，上、下衔铁分别受到电磁线圈所施加的向下的电磁驱动力FTtti、上永磁铁的排斥力Fi7ic 铁以及下永磁铁的吸引力Ft永磁铁，在上述三种力与衔铁和冲头的自重力G共同作用下，衔铁与冲头将以较大的加速度向下运动产生冲击力，以整体动能转化为对工件的冲量，完成冲头对工件的加工。由于衔铁及冲头向下运动的加速度越来越大，其动能转化的冲击动能力F动能，至少可以达到电磁驱动力的30%以上。同时，本实用新型中的机械增力装置采用二级肘杆机构，可将力进行几倍甚至几十
r.\
倍的放大，当上、下肘杆的长度相等时，力放大系数计算公式为-——+1 ，其
21, tan OT1 tan α, I
中A为肘杆与水平线的夹角、为上、下肘杆与竖直线的夹角，7为机构的效率。经验可知:η ^0.9 ;冲压开始时，取珥=α: =15";代入上述公式计算可得1 = 6.7。如图4所示，当电控系统对电磁线圈通以反向励磁电流时，衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力方向向上，衔铁被磁化为上端为N极，下端为S极。此时，衔铁受到电磁线圈所施加的向上的电磁驱动力？±% 和FTtti、下永磁铁的排斥力FT7；Mee以及上永磁铁的吸引力F±永磁铁，在上述三种力与衔铁和冲头的自重力G共同作用下，冲头加速向上运动，运动停止后，切断励磁电流，衔铁被上永磁铁吸附在行程最高点。上述过程可以表述为非运行状态时上永磁铁的吸引力F上永磁铁=下永磁铁的吸引力F下永磁铁+衔铁和冲头自重力G。电磁线圈通入正向电流，冲头向下冲击时冲头冲力Ff上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力F下_+上永磁铁斥力F上永纖+下永磁铁吸力F下細铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能。通过机械增力装置力放大后冲头冲力P冲= * (上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力F下电磁+上永磁铁斥力F上細铁+下永磁铁吸力Ft永纖+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能)。电磁线圈通入反向电流，冲头向上复位时冲头回复力Fasg=上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力Frtti+上永磁铁吸力F上永磁铁+下永磁铁斥力F下細铁-衔铁和冲头自重力G。计算结果表明，本实用新型即使不存在上、下永磁铁以及机械增力装置，设Faffi=0. 3F4{i，上、下电磁驱动装置与图I中的电磁驱动装置相同，即可输出大于图I所示永磁冲床的冲击力。计算公式为冲头冲力Fit=上电磁驱力磁+下电磁驱力FT%磁+冲击动能力 F动能=2· 3F电磁， 相较于图I中的冲头冲力F冲大I AF4磁力。本实用新型的最优方案，设定Fi7icatt和FT7；Mtt之和为Ftti, Fatg取保险数值O. 25F^1，上、下电磁驱动装置与图I中的电磁驱动装置相同，忽略衔铁和冲头的自重力G，取Cr1 = α2=15 ,η ^OJ。则冲头冲力F，冲=i * (上电磁驱力F上电磁+下电磁驱力F下电磁+上永磁铁斥力F上永磁铁+下永磁铁吸力F下細铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能)=i *3· 25F电磁=21. 78 F
是图I所示永磁助力电磁冲床的16. 75倍，是普通电磁冲床的36. 3倍；冲头回复力Fasg=上电磁驱力F±tti+下电磁驱力Frtti+上永磁铁吸力F上永磁铁+下永磁铁斥力F下細铁-衔铁和冲头自重力G=3F电磁。以上仅为本发明具体实施方式
的说明，不以任何形式对本发明做出限制。本技术领域的技术人员根据本发明提供的思路及总体方案，设计出的结构细节不同的永磁助力机械增力电磁冲压机，如改变上、下永磁铁的极性，机械增力装置中的各角度，变化上、下永磁铁的几何形状与缓冲结构等，均落入本发明的保 护范围。
权利要求1.一种永磁助力机械增力电磁冲压机，包括由轭铁、电磁线圈和衔铁构成的电磁驱动装置，其特征在于所述电磁冲压机包括上下设置的两套电磁驱动装置，两所述电磁驱动装置的上、下衔铁(5，11)通过过渡体(6)连接，上电磁驱动装置上方设有与冲压机机体固连的上永磁铁(I )，下电磁驱动装置下方设有与冲压机机体固连的下永磁铁(13)。
2.根据权利要求I所述的电磁冲压机，其特征在于所述电磁冲压机还包括二级肘杆机械增力装置，所述二级肘杆机械增 力装置由一级单边肘杆(7)和二级双边肘杆铰接而成，所述一级单边肘杆(7)铰接于过渡体(6)上，所述二级双边肘杆的上肘杆(10)的上端与冲压机机体铰接，所述二级双边肘杆的下肘杆(9)的下端与冲压机冲头(15)铰接。
3.根据权利要求2所述的电磁冲压机，其特征在于所述电磁冲压机包括至少2个二级肘杆机械增力装置。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的电磁冲压机，其特征在于所述下永磁铁(13)上设有供衔铁穿过的通孔。
专利摘要本实用新型公开了一种永磁助力机械增力电磁冲压机，包括由轭铁、电磁线圈和衔铁构成的电磁驱动装置，所述电磁冲压机包括上下设置的两电磁驱动装置，两所述电磁驱动装置的上、下衔铁通过过渡体连接，上电磁驱动装置上方设有与冲压机机体固连的上永磁铁，下电磁驱动装置下方设有与冲压机机体固连的下永磁铁。本实用新型在输入功率相同的情况下，冲头向下运动的合力增加，冲头冲击力可达电磁驱动力的20倍以上，合力增加又同时使冲头向下运动的速度增加，从而使冲头冲量增大，冲压效果好。本实用新型采用了二级肘杆机械增力装置，当各角度选择适当时，力放大系数可达6.7以上，冲头冲力大，可用于冲压硬度较高的材料。
文档编号B30B1/42GK202623324SQ20122006282
公开日2012年12月26日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者肖莹华, 王传洋, 钟康民 申请人:苏州大学