专利名称：永磁助力电磁冲压机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冲床，具体涉及一种采用永磁与电磁装置的永磁助力电磁冲压机。
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，而受到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Ftti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#g。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Ftti+永磁吸力F永磁+冲头自重力G-弹簧回复力F#g。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F7iai=O. 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)电磁驱力Fttit5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倍 I. 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电磁冲压机。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种永磁助力电磁冲压机，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，本发明采用的技术方案是一种永磁助力电磁冲压机，包括轭铁、冲头以及固连于所述冲头上方的衔铁，所述轭铁上方固连上端盖，所述轭铁下方固连下端盖，所述上端盖、轭铁和下端盖围设成一供所述冲头和衔铁上下往复运动的容腔，所述上端盖的下方固连有上永磁铁，所述下端盖的上方固连有下永磁铁，所述上、下永磁铁相对端的极性相同。上述技术方案中，所述轭铁内设有电磁线圈，所述电磁线圈内交替通入正向电流和反向电流，正向电流的电磁场，对所述衔铁施加向下的电磁驱力，使所述衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相同，下端的极性与下永磁铁上端的极性相反；反向电流的电磁场， 对所述衔铁施加向上的电磁驱力，使所述衔铁上端的极性与上永磁铁下端的极性相反，下端的极性与下永磁铁上端的极性相同。
上述技术方案中，所述衔铁的上端固连有上缓冲垫，所述衔铁的下端固连有下缓冲垫。通过上述结构，可以缓解衔铁到达上下两端极限位置时所受到的冲击。上述技术方案中，所述下永磁铁和下端盖上均设有供所述冲头穿过的通孔。优选的，所述上、下永磁铁施加于所述衔铁上的作用力之和等于所述电磁场施加于所述衔铁上的电磁驱动力。本发明的工作过程和受力分析如下所述
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，衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力F_、上永磁铁的排斥力F上永磁铁以及下永磁铁的吸引力F下永纖，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Faffi,至少可以达到电磁驱动力的30%以上。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电磁驱动力F电磁、下永磁铁的排斥力F下永磁铁以及上永磁铁的吸引力F上永纖，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；Mtt=下永磁铁的吸引力FT7；Mtt +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Fit=电磁驱力Ftti+上永磁铁斥力下永磁铁吸力Ft永磁铁+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F弹黃=电磁驱力F电磁+上永磁铁吸力F上細铁+下永磁铁斥力F下永磁铁-衔铁和冲头自重力G。计算结果表明，本发明即使不存在上下永磁铁，并设Fatg=OJFtti时，即可输出与图I所示永磁冲床相等的冲击力。计算公式为冲头冲力Fit=电磁驱力Ftti +冲击动能力
F动能=!· 3F电磁。本发明的最优方案，设定F上永纖和F下永纖之和为F电磁，F动能取保险数值O.25F电磁， 忽略衔铁和冲头的自重力G，则冲头冲力Fit=电磁驱力Ftti+上永磁铁斥力F±永磁铁+下永磁铁吸力F下永磁铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能=2. 25F_,是图I所示永磁助力电磁冲床的I. 73倍，是普通电磁冲床的4倍；冲头回复力Fasg=电磁驱力Fm+上永磁铁吸力F上永纖+下永磁铁斥力F下永纖-衔铁和冲头自重力G=2F电磁。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
I.本发明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2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.本发明在冲头运动行程相同的情况下，由于驱动冲头上、下运动的合力增加，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。3.本发明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。4.总体结构简单,制造成本低,工作安全可靠。
图I是背景技术中永磁冲床的结构示意其中2、辄铁；3、王轴；31、冲头；32、衔铁；4、复位弹黃；5、电磁线圈；8、永磁体；
图2是本发明实施例一非运行状态时的结构示意图3是实施例一的电磁线圈通入正向电流时的结构示意图4是实施例一的电磁线圈通入反向电流时的结构示意其中11、上端盖；12、上永磁铁；13、上缓冲垫；14、电磁线圈；15、轭铁；16、衔铁；17、 下端盖；18、下缓冲垫；19、下永磁铁；20、冲头。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一参见图2所不,一种永磁助力电磁冲压机,包括轭铁15、冲头20以及固连于所述冲头上方的衔铁16，所述轭铁15上方固连上端盖11，所述轭铁15下方固连下端盖17， 所述上端盖11、轭铁15和下端盖17围设成一供所述冲头20和衔铁16上下往复运动的容腔，所述上端盖11的下方正对所述衔铁16的位置固连有上永磁铁12，所述下端盖17的上方正对所述衔铁16的位置固连有下永磁铁19，所述上、下永磁铁的相对端极性相同。所述轭铁15内设有电磁线圈14,所述电磁线圈14内交替通入正向电流和反向电流，当电流形成的电磁场对所述衔铁16施加向下的电磁驱力时，衔铁16上端的极性与上永磁铁12下端的极性相同，衔铁16下端的极性与下永磁铁19上端的极性相反；电流反向时， 形成的电磁场对所述衔铁16施加向上的电磁驱力，衔铁16上端的极性与上永磁铁12下端的极性相反，下端的极性与下永磁铁19上端的极性相同。所述衔铁16的上端固连有上缓冲垫13，所述衔铁16的下端固连有下缓冲垫18。 通过上述结构，可以缓解衔铁到达上下两端极限位置时所受到的冲击。所述下永磁铁19和下端盖17上均设有供所述冲头穿过的通孔。优选的，所述上永磁铁12、下永磁铁19施加于所述衔铁上的作用力之和等于所述电磁场施加于所述衔铁上的电磁驱动力。本发明的工作过程和受力分析如下所述
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。衔铁和冲头处于下极限位置时，衔铁被下永磁铁吸附住。本实施例中，所述上、下永磁铁的相对端的极性选为S极。即选择上端为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，衔铁受到电磁线圈所施加的电磁驱动力Ftti、上永磁铁的排斥力以及下永磁铁的吸引力Ft 7；Μβ，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。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电磁驱动力Ftti、下永磁铁的排斥力以及上永磁铁的吸引力F± 7；ΜΛ，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；Mtt=下永磁铁的吸引力FT7；Mtt +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Fit=电磁驱力Ftti+上永磁铁斥力下永磁铁吸力Ft永磁铁+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F弹黃=电磁驱力F电磁+上永磁铁吸力F上細铁+下永磁铁斥力F下永磁铁-衔铁和冲头自重力G。计算结果表明，本发明即使不存在上下永磁铁，并设Fatg=OJFtti时，即可输出与图I所示永磁冲床相等的冲击力。计算公式为冲头冲力Fit=电磁驱力Ftti +冲击动能力
F动能=!· 3F电磁。本发明的最优方案，设定F上永纖和F下永纖之和为F电磁，F动能取保险数值O.25F电磁， 忽略衔铁和冲头的自重力G，则冲头冲力Fit=电磁驱力Ftti+上永磁铁斥力F±永磁铁+下永磁铁吸力F下永磁铁+衔铁和冲头自重力G+冲击动能F动能=2. 25F_,是图I所示永磁助力电磁冲床的I. 73倍，是普通电磁冲床的4倍；冲头回复力Fasg=电磁驱力Fm+上永磁铁吸力F上永纖+下永磁铁斥力F下永纖-衔铁和冲头自重力G=2F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电磁冲压机，如改变上、下永磁铁的极性，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
1.一种永磁助力电磁冲压机，包括轭铁(15)、冲头(20)以及固连于所述冲头上方的衔铁(16)，其特征在于所述轭铁(15)上方固连上端盖(11)，所述轭铁(15)下方固连下端盖 (17)，所述上端盖(11)、轭铁(15 )和下端盖(17 )围设成一供所述冲头(20 )和衔铁(16 )上下往复运动的容腔，所述上端盖(11)的下方固连有上永磁铁(12)，所述下端盖(17)的上方固连有下永磁铁(19 )，所述上、下永磁铁相对端的极性相同。
2.根据权利要求I所述的永磁助力电磁冲压机，其特征在于所述轭铁(15)内设有电磁线圈(14),所述电磁线圈(14)内交替通入正向电流和反向电流,当电流形成的电磁场对所述衔铁(16)施加向下的电磁驱力时，衔铁(16)上端的极性与上永磁铁(12)下端的极性相同，衔铁(16)下端的极性与下永磁铁(19)上端的极性相反；电流反向时，形成的电磁场对所述衔铁(16)施加向上的电磁驱力，衔铁(16)上端的极性与上永磁铁(12)下端的极性相反，下端的极性与下永磁铁(19)上端的极性相同。
3.根据权利要求I所述的永磁助力电磁冲压机，其特征在于所述衔铁(16)的上端固连有上缓冲垫(13 )，所述衔铁(16 )的下端固连有下缓冲垫(18 )。
4.根据权利要求I所述的永磁助力电磁冲压机，其特征在于所述下永磁铁(19)和下端盖(17)上均设有供所述冲头穿过的通孔。
5.根据权利要求I或2所述的永磁助力电磁冲压机，其特征在于所述上、下永磁铁 (12，19)施加于所述衔铁上的作用力之和等于所述电磁场施加于所述衔铁上的电磁驱动力。
全文摘要
本发明公开了一种永磁助力电磁冲压机，包括轭铁、冲头以及固连于所述冲头上方的衔铁，所述轭铁上方固连上端盖，所述轭铁下方固连下端盖，所述上端盖、轭铁和下端盖围设成一供所述冲头和衔铁上下往复运动的容腔，所述上端盖的下方固连有上永磁铁，所述下端盖的上方固连有下永磁铁，所述上、下永磁铁相对端的极性相同。本发明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2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。本发明取消了现有永磁冲床中采用的弹簧复位机构，杜绝了弹簧卡滞而造成的设备故障，总体结构简单、工作安全可靠。
文档编号B30B1/42GK102582102SQ201210043718
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者王传洋, 罗力恒, 肖莹华, 钟康民 申请人:苏州大学