适合于复合材料的电磁冲孔装置的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及一种适合于复合材料的电磁冲孔装置。

背景技术：
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冲孔是冲压生产中常见工序之一，在车辆、航空航天、船舶、建筑等制造领域有着广泛应用。电磁冲孔是利用脉冲磁场力代替机械压力进行冲孔的一种高能高速加工方法，具有工装简单、制模成本低、制件尺寸精度高、适于薄板加工等特点。

以碳纤维复合材料为代表的纤维增强复合材料，因其具有较高的比强度和比模量、耐磨性强、可设计性以及力学性能优异等特点，在车辆、航空航天、船舶等领域得到了广泛应用。然而，由于纤维增强复合材料具有高硬度、非均质和各向异性等特点，属于典型的难加工材料。在对其进行孔加工时，传统机械加工中的钻削在加工过程中存在刀具磨损快、加工速度慢、加工成本高、不适合大批量生产、且不易加工异形孔的问题；特种加工中的激光加工产生的热影响区容易造成加工表面的损伤；火焰切割容易形成表面硬化；等离子切割容易形成表面灼伤，使得孔的质量太差。因此，皆不适用于碳纤维复合材料板的加工。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是提供一种适合于复合材料的电磁冲孔装置，弥补传统钻削及压力机冲孔速度慢、冲击力小并且容易对复合材料造成损伤的缺点，以便于复合材料在车辆、航空航天等领域的应用。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种适合于复合材料的电磁冲孔装置，包括箱体，所述的箱体上部与盖板连接，所述的盖板下部与电磁线圈套连接，所述的电磁线圈套内部安装有电磁线圈，所述的电磁线圈与电磁发生器连接，所述的电磁线圈与驱动板连接，所述的驱动板与放大器的顶端连接，所述的放大器底端与冲头连接，所述的冲头下方具有冲孔模具，所述的箱体内的放大器上套有复位弹簧，所述的复位弹簧外圈安装有缓冲垫，所述的缓冲垫通过缓冲垫压紧套与所述的箱体连接，所述的放大器底端套有直线轴承，所述的直线轴承通过冲孔支撑装置固定。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲孔支撑装置包括轴承支架、立柱、底座，所述的轴承支架通过固定在所述的箱体的底部来固定所述的直线轴承，所述的立柱两端分别连接所述的箱体底部、所述的底座。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲孔模具安装在所述的底座上，所述的冲孔模具包括支座，所述的支座上安装有冲孔模芯，所述的冲孔模芯上部安装有工件，冲孔模芯采用圆柱形孔口b型凹模，所述的冲孔模芯在间隔180度的圆柱面上开有两个与限位销对应的锥孔。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲头为材料为模具钢的一体结构，调质处理，与放大器通过螺纹连接。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲孔模具安装在所述的底座上，所述的冲孔模具包括导向模芯、冲孔模芯，工件位于所述的导向模芯、所述的冲孔模芯之间，所述的导向模芯外套有上压板，所述的冲孔模芯外套有下压板，所述的上压板、所述的下压板之间通过定位销固定，所述的定位销与所述的上压板、所述的下压板之间分别安装有模具复位弹簧。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲头伟包括长冲头、短冲头，位于上方的长冲头的下端直径比位于下方的短冲头直径小。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲孔支撑装置包括冲孔支架，所述的冲孔支架是由轴承固定部、支撑部、底座部组成的一体结构，所述的轴承固定部通过固定在所述的箱体的底部来固定所述的直线轴承，所述的底座部上安装有冲孔模芯，所述的冲孔模芯上部安装有工件，所述的底座部具有与所述的冲孔模芯相通的落料口。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的盖板上部安装有把手，所述的把手上安装有电磁冲孔开关、触发按钮。

所述的适合于复合材料的电磁冲孔装置，所述的冲头为材料为模具钢的一体结构，调质处理，与放大器通过螺纹连接。

有益效果：

本实用新型采用的电磁脉冲冲孔方案，相较于传统机械、气动、液压冲孔，具有冲裁速度快、冲裁力大、加载速率高、对工件造成的损伤小的优点，特别适用于难加工的复合材料板和较厚金属板的冲孔。

本实用新型采用的电磁冲孔方案利用的是电磁线圈通过电流产生的强电磁场和驱动板周围产生的涡流磁场（与前述强电磁场方向相反）之间产生的反斥力来带动冲头向下运动的，冲裁力和冲裁速度较大。适用于对冲裁力和冲裁速度有要求车辆及航空航天领域。

本实用新型充分考虑纤维增强复合材料冲孔过程中存在的塑性差、易回弹的特点，采用了带刃分体式组合冲头。该冲头锋利的切削刃有利于快速切断纤维。分体式冲头上部直径小，下部直径大，在下部冲头完成冲裁后，上部冲头在电磁力和惯性的作用下，将下部冲头推出板件冲孔区域，避免因纤维和树脂回弹包裹冲头而造成的冲头不易退出、退出时容易对制孔造成二次损伤的问题。另外，本实用新型还具有结构简单、操作方便、运行可靠、冲孔质量稳定、易于维护的优点。

附图说明：

附图1是本实用新型实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构示意图。

附图2是附图1冲孔模具的结构示意图。

附图3是附图2的a-a剖视图。

附图4是附图3中b的局部放大图。

附图5是附图3中冲孔模芯的结构示意图。

附图6是附图3中限位销的结构示意图。

附图7是本实用新型实施例提供的一种电磁冲孔装置的立体图。

附图8是本实用新型另一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构示意图。

附图9是附图8中冲孔模具的结构示意图。

附图10是本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构示意图。

附图11是附图10中冲孔模具结构图。

附图12是本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构图。

附图13是图12中c-c剖视图。

附图14是本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的立体图。

图中：1:电容器组，2:电磁线圈套，3:电磁线圈，4:驱动板，5:放大器，6:复位弹簧，7:缓冲垫，8:轴承支架，9:冲头，10:底座，11:冲孔模具，12:立柱，13:直线轴承，14:缓冲垫压套，15:箱体，16:盖板，17:工件，18:限位销，19:支座，20:冲孔模芯，21:下压板，22:定位销，23:模具复位弹簧，24:上压板，25:导向模芯，26:冲孔支架，27:把手，901:长冲头，902:短冲头。

具体实施方式：

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

本实用新型提供的一种适合于复合材料的电磁冲孔装置的结构示意图，该电磁冲孔装置适用于金属与碳纤维复合材料薄板（2mm以下）的冲孔。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种适合于复合材料的电磁冲孔装置，其包括：电磁发生器1、电磁线圈套2、电磁线圈3、驱动板4、放大器5、复位弹簧6、缓冲垫7、轴承支架8、冲头9、底座10、冲孔模具11、立柱12、直线轴承13、缓冲垫压套14、箱体15及盖板16等零部件。

电磁发生器1，内含多个高压电容器，作用是为电磁冲孔装置提供能量，预置放电能量由电容器调节。其内部还设有控制系统（未示出）、电流采样装置、显示屏（未示出）和安全指示灯（未示出）。控制系统用于控制电磁发生器的电容充电和触发放电过程；电流采集装置可以通过罗氏线圈采集电磁冲孔过程中的电流信号；显示屏可以将各项参数和结果予以显示；安全指示灯用于提示工作人员当前状态是否安全。

电磁线圈套2，通过四枚螺钉固定在盖板16之下，其作用是固定电磁线圈3。

电磁线圈3，位于盖板16之下、驱动板4之上，为一平板螺线圈，被固定于电磁线圈套2之内。当电磁发生器1的电容器充电到预定的能量时，由电磁线圈3进行放电，形成rlc振荡电路，并产生一个高振幅交变脉冲电流。高幅交变电流在该电磁线圈3周围产生一个强电磁场b1。

驱动板4，设置在电磁线圈下方，为一块高电导率的铜板，为避免打火，其表面覆有一张绝缘贴纸。电磁线圈3周围的强电磁场b1可以在驱动板4上产生涡流，同时在驱动板4周围产生涡流磁场b2。

由于电磁线圈3附近的强电磁场b1与驱动板4产生的诱导涡流磁场b2方向相反，因此两个磁场之间产生极大的反斥力。输出一强度高、历时短的脉冲力f，在冲头内部以应力波的形式传播并不断反射、透射和叠加，最终工件17在应力波作用下发生塑性变形，并随之完成冲孔过程。

放大器5，上部通过四枚螺钉与驱动板4连接，下部通过螺纹与冲头连接。该放大器的作用为传递上述两反向磁场b1，b2所产生的脉冲力f。

复位弹簧6，当完成一次冲孔时，复位弹簧被压缩后，将放大器恢复至初始位置。

缓冲垫7，材质为高抗冲聚苯乙烯，其作用是在完成冲孔后，吸收残余的能量（应力波），阻止放大器5继续向下运动，同时保护复位弹簧6不被损坏。

轴承支架8，通过四枚螺钉固定在箱体15的底部外表面，其作用是用来固定直线轴承13。

直线轴承13，为圆形法兰型直线轴承，上下两端通过密封圈密封，其作用是减小放大器5在竖直方向运动时的摩擦力。

冲头9，材料为模具钢，调质处理，与放大器通过螺纹连接。

底座10，用于承载整个电磁冲孔装置，与液压立柱12相连，并内置液压立柱12的液压管线。

液压立柱12，一共四根，下部与底座10相连，上部通过焊接与箱体15连接固定，作用是支承箱体，并让箱体在竖直方向上运动。

缓冲垫压套14，金属材质，用四枚螺钉固定在箱体底部内表面，作用是固定缓冲垫7的位置。

箱体15，上部通过六枚螺栓与盖板16连接固定，下部由液压立柱12支承，作用是承载冲头以上所有零部件。

如图2-3所示，冲孔模具11，由限位销18、支座19、冲孔模芯20等零件构成。

限位销18，实为开槽无头螺钉，如图4所示，其前端有一字开槽，末端有一段外螺纹，其作用是用来固定冲孔模芯20。安装冲孔模芯20时，用一字改锥将限位销旋出，然后放入冲孔模芯，最后再将限位销旋入，即完成冲孔模芯的安装固定。

支座19下方嵌于底座10的矩形槽内，上方有圆形开口用于冲孔模芯20的定位。如图2中a-a剖面所示，支座19上方有两个限位销孔，销孔末端有内螺纹。

如图2-3所示，冲孔模芯20采用圆柱形孔口b型凹模，这样的结构有利于工件17的落料。冲孔模芯20在间隔180度的圆柱面上开有两个与限位销18对应的锥孔。

综上所述，本实施例提供的一种电磁冲孔装置，其工作过程如下:

（1）电磁发生器1通过线圈放电，在电磁线圈3上产生的强电磁场b1。

（2）强电磁场b1诱导驱动板13上产生涡电流，同时产生的涡流磁场b2。

（3）强电磁场b1和涡流磁场b2方向相反，在电磁线圈3和驱动板4之间产生反斥力。该力作用于驱动板5上，通过放大器传递到冲头，并带动冲头向下运动，从而完成冲孔作业。

（4）冲孔完成后，放大器撞击到缓冲垫7上，停止向下运动，并在复位弹簧6的作用下，恢复到初始位置，准备再次冲孔。

实施例2：

图8为本实用新型另一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构图，图9为本实用新型另一实施例的电磁冲孔模具结构图。

如图9所示，本实施例是在上一实施例的基础上增设了模具复位弹簧23和导向模芯25，以适应于较厚（2~5mm）金属材料板件的冲孔。

导向模芯25，上表面孔径处有倒圆，以便于冲头进入。导向模芯的作用主要是保证冲头在竖直方向运动，并为较厚金属板的冲孔提供压边力（自动压块装置未示出）。

模具复位弹簧23，当完成一次冲孔工艺后，自动压块装置（未示出）松开，上压板24在模具复位弹簧23的作用下向上运动，工件17处于自然状态，以便自动送料机构（未示出）送料。

由于增设导向模芯，冲头9的长度较上一实施例更长。

上压板24和下压板23，分别为导向模芯25和冲孔模芯20提供周向定位。

定位销22，为圆柱形定位销，作用是保证上下压板中心孔在同一数值轴线上，进而保证导向模芯25和冲孔模芯20的开孔在同一轴线上。

本实施例提供的电磁冲孔装置的工作过程与上一实施例相同。

实施例3：

图10为本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构图，图11为本实用新型又一实施例的电磁冲孔模具结构图。

如图10所示，本实施例是在上一实施例的基础上改进了冲头9的结构，以适应于较厚（2~5mm）碳纤维复合材料板的冲孔。

冲头9采用分体式冲头设计，位于上方的长冲头901下端直径较小，位于下方的短冲头902直径较大。在下方短冲头902完成冲裁后，上方长冲头在电磁力和惯性的作用下，将下部冲头推出板件冲孔区域，避免了因纤维和树脂回弹包裹冲头而造成的冲头不易退出、退出时容易对制孔造成二次损伤的问题。

本实施例提供的电磁冲孔装置的工作过程与实施例1大致相同。不同的地方在于，在进行下一次冲孔工艺之前，需增加向导向模芯中放入短冲头902的步骤。

实施例4：

图12为本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的结构图，图13为本实用新型又一实施例提供的一种电磁冲孔装置的三维结构示意图。

如图12和图13所示，本实施例是在实施例1的基础上精简整合了部分零部件，并增加了把手，以适应于多种场合下金属及复合材料板件的冲孔。

冲孔支架26精简整合了轴承支架8、底座10、立柱12、支座19等结构，使电磁冲孔装置的总体质量减少，使用寿命和可靠度得到一定程度的提高。

把手27与盖板16的上表面用焊接方式连接固定，把手27上还安装有电磁冲孔开关和触发按钮，便于操作。为安全性考虑，当把手27开关按钮处于打开状态时，电磁发生器1上的控制系统不能触发电磁冲孔装置；当把手27开关按钮处于关闭状态时，电磁发生器1上的控制系统，仍可触发电磁冲孔装置。

由于冲孔支架26与把手27的设置，使得本实施例提供的便携式冲孔装置能够适应于各个场合，特别是在冲孔工件不能自由挪动的情况下，更能够发挥其轻便灵活的优点。

图13为c-c处的剖视图。如图13所示，本实施例和实施例1一样，采用开槽无头螺钉18对冲孔模芯20进行固定。

本实施例提供的电磁冲孔装置的工作过程与实施例1大致相同。不同的地方主要在于，该冲孔装置可以手持，并且在把手处设有按钮，触发方式有所不同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。