电磁冲孔成形装置的制作方法

本实用新型涉及金属板材塑性加工成形技术领域，具体而言，涉及一种电磁冲孔成形装置。

背景技术：

目前，轻量化已逐渐成为汽车、航空航天等领域的发展趋势，铝合金等轻质合金由于其室温成形性能较差，传统加工工艺难以满足成形要求，难应用于先进制造领域。

传统冲孔工艺结构安装复杂、凸凹模间距调节误差大，且容易在拉深圆角和翻边孔边缘发生破裂，另外，刃口磨损会导致工件尺寸精度下降，模具寿命、成本等问题这些也极大的制约着传统冲压技术的发展。

然而，电磁冲孔只需单个模具，具有成形速率快、成形精度高等特点能够有效弥补传统冲孔的不足。目前，国内外学者已经开始将电磁冲孔技术用于塑性成形，如专利文献cn104841761a中提出一种合金板电磁冲孔翻边成形方法及装置，采用脉冲电磁力驱动板料变形，板料与模具接触后断裂，完成冲孔成形过程，但其冲孔模具单一，不可替换，仅能完成冲圆孔；专利文献cn203994783中设计了一种电磁冲孔机，采用脉冲电磁力驱动冲压端头向下运动，完成冲孔，但其冲压端头增加了制造成本，容易刮伤工件，工件尺寸精度下降,并且未涉及工件的定位以及多工况等问题。

综上所述，传统冲压工艺难以满足诸多轻质材料的成形要求。虽然电磁成形技术凭借其高精度、高效率的优势已经开始应用于简单形状和结构的冲孔成形当中，但还存在多工序时换模效率低、定位难等问题要解决。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种电磁冲孔成形装置，能够克服传统冲孔中成形质量不稳定，且可实现多种类型孔的成形。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电磁冲孔成形装置，包括：上模具组件，所述上模具组件包括线圈盒、线圈以及上层板，所述线圈安装在所述线圈盒内，所述线圈盒安装在所述上层板上；下模具组件，所述下模具组件可拆卸地固定在所述上模具组件上，所述下模具组件包括底座、大凹模以及小凹模，所述底座上设置有安装孔，所述大凹模安装在所述安装孔内，所述大凹模上设置有落料孔，所述小凹模具有多种型号，多种型号的所述小凹模可选择地安装在所述大凹模的端部；供电装置，所述供电装置与所述线圈电连接。

进一步地，所述安装孔为阶梯孔，所述大凹模安装在所述阶梯孔内，且所述大凹模的两端均安装有所述小凹模，且所述大凹模两端的所述小凹模的类型不同。

进一步地，所述大凹模的落料孔内设置有与所述落料孔同轴的环形压板，所述环形压板固定在所述大凹模内，所述大凹模第一端的所述小凹模搭设在所述阶梯孔的台阶面上，所述大凹模第二端的所述小凹模支撑连接在所述环形压板的底部。

进一步地，所述大凹模、所述小凹模以及所述底座上具有相互连通的定位销孔，所述大凹模、所述小凹模以及所述底座均通过穿设在所述定位销孔内的定位销连接固定。

进一步地，所述大凹模和所述小凹模由异种材料制作而成。

进一步地，各型号的所述小凹模的孔形不同，所述小凹模包括三角形小凹模或圆形小凹模或椭圆形小凹模。

进一步地，所述上层板上设置有安装凹槽，所述线圈盒安装在所述安装凹槽内；所述线圈为平板螺旋线圈，所述平板螺旋线圈上设置有两个接线柱，两个所述接线柱穿出所述线圈盒和所述上层板。

进一步地，所述线圈的外周设置有定位柱，所述线圈盒内设置有与所述定位柱配合的定位孔，所述定位柱的外周套设有绝缘套。

进一步地，所述线圈的底部设置有缓冲垫，所述线圈靠近所述下模具组件的一侧设置有绝缘层；所述线圈和所述线圈盒之间填充有绝缘材料。

进一步地，所述底座和所述上层板的横截面均为矩形面，两个所述矩形面的长宽一致，所述底座和所述上层板上均设置有相对应的螺纹孔，所述底座和所述上层板通过穿设在所述螺纹孔内的螺栓连接在一起。

应用本实用新型的技术方案，当需要进行多工序换模以及冲孔成形时，首先需要进行电磁冲孔成形装置的组装，把上模具组件和下模具组件进行组装，组装好之后，将需要进行冲压成形的样件放置在上模具组件和下模具组件之间，然后将上模具组件和下模具组件进行盒模，再利用供电装置对线圈供电，对线圈放电，强脉冲电流通过线圈产生瞬态强磁场，瞬态强磁场会使周围的导体产生次级磁场。两磁场所产生的磁力相互排斥，样件向上运动与小凹模的直角状刃口发生作用，瞬间完成冲孔的过程。冲压掉落的物料从落料孔落出。在实际使用的过程中，由于小凹模有多种型号，实际使用中，可以更换不同型号的小凹模，进而冲压形成多种不同孔形的样件。本实用新型中的电磁冲孔成形装置采用瞬态强磁场对样件进行冲孔成形，质量稳定，成形极限高，可以实现多种孔形的加工，结构简单，效率高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的剖视图；

图2示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的线圈的仰视图；

图3示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的线圈的侧视图；

图4示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的线圈的立体图；

图5示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的绝缘套的剖视图；

图6示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的上层板的俯视图；

图7示意性示出了图6中的上层板的a-a剖视图；

图8示意性示出了本实用新型的大凹模的主视图；

图9示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的线圈盒的俯视图；

图10示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置的线圈盒的剖视图；

图11示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置中的第一种类型的小凹模的主视图；

图12示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置中的第二种类型的小凹模的主视图；

图13示意性示出了本实用新型的电磁冲孔成形装置中的第三种类型的小凹模的主视图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、上模具组件；11、线圈盒；12、线圈；121、接线柱；122、定位柱；13、上层板；131、安装凹槽；132、螺纹孔；14、绝缘套；15、缓冲垫；16、绝缘层；17、绝缘材料；20、下模具组件；21、底座；211、安装孔；22、大凹模；221、落料孔；23、小凹模；24、定位销孔；25、环形压板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中记载的那样，现有技术中的冲孔成形装置在多工序换模时效率低、质量不稳定，难于实现多种类型孔的成型的问题，本实施例中对电磁冲孔成形装置的结构进行改进。

参见图1至图13所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种电磁冲孔成形装置，该电磁冲孔成形装置包括上模具组件10、下模具组件20以及供电装置（图中未示出）。

其中，上模具组件10包括线圈盒11、线圈12以及上层板13，实际组装时，将线圈12安装在线圈盒11内，然后将线圈盒11安装在上层板13上；下模具组件20可拆卸地固定在上模具组件10上，下模具组件20包括底座21、大凹模22以及小凹模23，底座21上设置有安装孔211，大凹模22安装在安装孔211内，大凹模22上设置有落料孔221，小凹模23具有多种型号，多种型号的小凹模23可选择地安装在大凹模22的端部；供电装置与线圈12电连接。

当需要进行多工序换模以及冲孔成形时，首先需要进行电磁冲孔成形装置的组装，把上模具组件10和下模具组件20进行组装，组装好之后，将需要进行冲压成形的样件放置在上模具组件10和下模具组件20之间，然后将上模具组件10和下模具组件20进行盒模，再利用供电装置对线圈12供电，对线圈12放电，强脉冲电流通过线圈12产生瞬态强磁场，瞬态强磁场会使周围的导体产生次级磁场。两磁场所产生的磁力相互排斥，样件向上运动与小凹模23的直角状刃口发生作用，瞬间完成冲孔的过程。冲压掉落的物料从落料孔221落出。

在实际使用的过程中，由于小凹模23有多种型号，实际使用中，可以更换不同型号的小凹模23，进而冲压形成多种不同孔形的样件。

本实施例中的电磁冲孔成形装置采用瞬态强磁场对样件进行冲孔成形，质量稳定，成形极限高，可以实现多种孔形的加工，结构简单，效率高。

为了便于对大凹模22进行安装，本实施例中的安装孔211为阶梯孔，实际安装时，将大凹模22安装在阶梯孔内，通过阶梯孔对大凹模22进行限位，且大凹模22的两端均设置有小凹模23，且大凹模22两端的小凹模23的类型不同，在实际进行合模的过程中，操作人员可以根据样件的不同冲孔需求，选择使用大凹模22第一端的小凹模23来冲孔，还是用大凹模22第二端的小凹模23来冲孔，使用范围广，且操作简单快捷，实际合模时，只需要选择使用大凹模22的第一端靠近上模具组件10进行合模还是用大凹模22的第二端靠近上模具组件10进行合模即可。

为了便于对小凹模23进行支撑和限位，本实施例中的大凹模22的落料孔221内设置有与落料孔221同轴的环形压板25，该环形压板25固定在大凹模22内，大凹模22第一端的小凹模23搭设在阶梯孔的台阶面上，大凹模22第二端的小凹模23支撑连接在环形压板25的底部。

当然，在本实用新型的其他实施例中，还可以将环形压板25设置成限位筋条等结构，只要是在本实用新型的构思下的其他变形方式，均在本实用新型的保护范围之内。

为了便于将大凹模22、小凹模23以及底座21固定连接在一起，本实施例中将大凹模22、小凹模23以及底座21上具有相互连通的定位销孔24，实际组装时，大凹模22、小凹模23以及底座21均通过穿设在定位销孔24内的定位销连接固定。

当需要更换小凹模23时，只需要将小凹模23从定位销上更换下来，在换上其他型号的小凹模23即可。

实际组装时，大凹模22、小凹模23以及底座21之间还可以通过螺栓或者卡扣或者螺钉等结构固定连接在一起，只要是在本实用新型的构思下的其他变形方式，均在本实用新型的保护范围之内。

实际加工时，本实施例中的大凹模22和小凹模23由异种材料制作而成，其中，小凹模23的结构强度比大凹模22的结构强度更高，小凹模23是一种合金材料，便于提高小凹模23的使用寿命。本实施例中将冲孔成形模具分为大凹模22和小凹模23，然后利用强度更高的材料来制作使用寿命要求更高的小凹模23，这样，大凹模22的生产加工要求就可以降低，能够有效降低本实施例中的电磁冲孔成形装置的生产成本。

具体来说，本实施例中的各型号的小凹模23的孔形不同，参见图11至图13所示，本实施例中的小凹模23包括三角形小凹模或圆形小凹模或椭圆形小凹模，当需要加工不同的样件时，只需要更换上不同型号的小凹模23即可。需要说明的是，本实施例中的三角形小凹模是指具有三角形通孔的小凹模，对应地，圆形小凹模是指具有圆形通孔的小凹模，椭圆形小凹模是指具有椭圆形通孔的小凹模。

实际设计中，本实施例中的小凹模23还可以是具有多变形通孔的小凹模或者其他异形结构的小凹模。

可见，本实施例中的底座21中心存在阶梯型安装孔211，其目的是放置大凹模22。大凹模22外形为圆柱状，内部存在阶梯形落料孔221，利于落料，大凹模22和小凹模23为异种材料制作，小凹模23为薄片圆柱状，中间为特殊形状的孔（圆形、椭圆、三角形），由特种合金制造。小凹模23为薄片圆柱状，其边缘存在定位销孔24，小凹模23通过定位销孔24精确的装配在大凹模22中。大凹模22上同样存在相同的结构，大凹模22与底座21进行装配。为保证装配的效率，下模具组件20上的定位销孔24尺寸均一致。

电磁冲孔成形装置的核心为带有不同型号的小凹模23，包括冲三角形孔的三角形小凹模、成形椭圆形孔的椭圆形小凹模以及最常规的圆孔模具等。三角形小凹模通孔外形似三角形，三角处存在圆角，两种三角形模具其圆角大小存在区别。椭圆形小凹模通孔为椭圆形。这些小凹模23的结构比较简单，可替代性强，能够在几分钟内完成装卸。本电磁冲孔成形装置可成形的预制孔类型多样，非仅限三角形、椭圆形及圆形三种，其他类型的孔均可实现。另外考虑孔的多样性以及对孔尺寸的要求，小凹模23能够快速的调整，这能确保实际工业生产快速变化的需求。

为了便于对线圈盒11进行安装，本实施例中的上层板13上设置有安装凹槽131，实际安装时，将线圈盒11安装在安装凹槽131内；对应地，线圈12为平板螺旋线圈，平板螺旋线圈上设置有两个接线柱121，两个接线柱121穿出线圈盒11和上层板13，便于与供电装置电连接。每个接线柱121侧面存在两个紧固圆通孔。线圈盒11上有四个圆形通孔和两个矩形孔，线圈盒11上圆孔与上层板13圆孔大小和位置一致，而线圈盒11上矩形孔上存在一个矩形凸台，凸台外尺寸与上层板13矩形孔尺寸一致，线圈盒11矩形孔以线圈12上矩形接线柱121为基准设计。

本实施例中的线圈12的外周设置有定位柱122，线圈盒11内设置有与定位柱122配合的定位孔，该定位柱122的外周套设有绝缘套14，便于提高本实施例中的电磁冲孔成形装置的安全性。

优选地，本实施例中的线圈12的底部设置有缓冲垫15，线圈12靠近下模具组件20的一侧设置有绝缘层16。线圈12和线圈盒11之间填充有绝缘材料17，绝缘材料17为hasuncast985fr环氧树脂，由a胶和b胶混合制成，所述a胶b胶的质量比为5:1。

为了便于合模，本实施例中的底座21和上层板13的横截面均为矩形面，两个矩形面的长宽一致，底座21和上层板13上均设置有相对应的螺纹孔132，底座21和上层板13通过穿设在螺纹孔132内的螺栓连接在一起。

本实施例中的电磁冲孔成形装置的具体冲孔过程如下：

步骤1：对电磁冲孔成形装置的下模具组件20部分进行组装，组装的顺序分别为底座21、大凹模22、小凹模23、环形压板25，其装配顺序为大凹模22通过阶梯孔和定位销连接定位在底座21上，小凹模23置于大凹模22之上，大凹模22与小凹模23的位置关系通过定位销确定；

步骤2：对电磁冲孔成形装置上模具组件10部分组装，组装的顺序为线圈12、线圈盒11、上层板13，装配存在一定的流程，装配过程需按照装配流程进行。装配的第一步是对线圈12、线圈盒11的装配，第二步是对上层板13进行装配，上层板13能够保证上模具组件10的刚度，上层板13通过螺纹孔132紧固在线圈盒11上。

步骤3：对样件和下模具组件20部分进行固定，样件通过两压板压在下模具组件20上，压板由螺纹孔紧固在下模具组件20上。试验样件都是同样规格的板材。

步骤4：将上模具组件10部分和下模具组件20部分合模，上模具组件10部分和下模具组件20部分用螺栓进行紧固。

步骤5：连接供电装置，再检查完好后进行充、放电。放电回路工作，当充电电容器组中的电压达到阈值后，强大的电流便可以通过辅助放电间隙和线圈12。

步骤6：取件。冲孔过程结束后，松开紧固上模具组件10和下模具组件20部分的螺栓，将上模具组件10部分移开，取出压板上的紧固螺钉，将已经冲孔的板件取出。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

（1）本实用新型的电磁冲孔成形装置的电磁冲孔断面与传统冲孔相比无明显光亮带，几乎无毛刺。

（2）本实用新型的电磁冲孔成形装置的电磁冲孔成形过程是以电磁力驱动板材的冲孔变形，能够在极短时间内完成，其整个加工装置简单、加工时间短、生产效率高更加适合大批量生产。

（3）本试验模具拆卸简单，可替代性强。需求不同类型孔时，仅需要更换不同类型孔的小凹模即可。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。