一种摆式冲压装置及方法

摘要

本发明提供了一种摆式冲压装置和方法，用于金属冲压成型，装置包括摆动冲头，该摆动冲头以向下摆动方式对设定位置进行冲压；还包括在摆动冲头运动轨迹周围布置可控电磁场的电磁场发生器，所述摆动冲头包括导电线圈，所述导电线圈受电磁场的作用力以改变摆动冲头的运动状态。该装置和方法以简单的机械结构和方便可控的电磁场，控制摆动冲头的运动，以实现精确冲压，又由于摆动结构有利于进行动能和势能的转化，相对其他冲压结构，具有能量回收和再利用的功能，因此提高了能量利用效率，减少资源浪费。

权利要求

1.一种摆式冲压装置，用于金属冲压成型，包括摆动冲头，该摆动冲头以向下摆动方式对设定位置进行冲压；还包括在摆动冲头运动轨迹周围布置可控电磁场的电磁场发生器，所述摆动冲头包括导电线圈，所述导电线圈受电磁场的作用力以改变摆动冲头的运动状态，其特征在于，所述摆动冲头包括冲击摆、惯性摆和旋转轴，冲击摆和惯性摆分别通过连杆与旋转轴刚性连接，惯性摆通过旋转轴带动冲击摆进行冲压；所述导电线圈设于惯性摆，惯性摆在电磁场发生器产生的电磁场内运动。

2.根据权利要求1所述的冲压装置，其特征在于，所述冲击摆的旋转轴连杆和惯性摆的旋转轴连杆间具有40-50度的相位角。

3.根据权利要求1或2所述的冲压装置，其特征在于，在所述冲击摆的摆动上止端设有蓄能弹簧。

4.根据权利要求3所述的冲压装置，其特征在于，所述惯性摆具有弧形摆端；所述电磁场发生器具有用于布置电磁场的弧形套槽，弧形摆端与弧形套槽相配合，使弧形摆端在弧形套槽内运动。

5.根据权利要求1所述摆式冲压装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：根据冲压零件的实际需求计算冲击模具需要的速度及加速度；

计算所需的电磁场强度及导电线圈的电流强度；

惯性摆在电磁场的作用下对冲击摆提供更大的冲击动能，使冲击摆在设定的位置冲击模具的动模，完成冲压；

冲击摆在冲击后返回初始位置等待下一个运动周期。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电磁场由单个可控的螺线圈提供，并通过控制螺线圈的通电匝数、通电电流强度及方向参数以控制电磁场的强度及方向。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述导电线圈在运动过程中总处于可控电磁场中，导电线圈的通电匝数、通电电流强度为单独控制。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冲击摆和惯性摆之间具有相位角，所述冲击摆在冲击位置时惯性摆具有一重力势能，冲击摆在冲击后，惯性摆的重力势能转化为动能，从而驱动冲击摆向初始位置运动。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述冲击摆在向初始位置运动时，电磁场反向，驱动冲击摆最终回到初始位置。

说明书

一种摆式冲压装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属冲压成型领域，具体涉及一种基于电磁场控制的摆式冲压装置，本发明还涉及该冲压装置的控制方法。

背景技术

[0002] 金属冲压成型是现代机械产品生产的一种常用方法，广泛应用在汽车、轮船、飞机等大工业，也应用在家电产品等的民生工业上。现有的冲压机床通常是通过电动机驱动飞轮，并通过离合器，传动齿轮带动曲柄连杆机构使滑块上下运动，带动拉伸模具对钢板成型。为了达到良好成型的目的，需要通过复杂的机械结构控制滑块的运动，其控制结构一旦确定就无法根据实际需求进行更改。另外，冲压机床的电动机一旦选定，其功率参数等也无法修改，使得冲压功率无法根据零件的实际情况调节其冲压功率，从而造成能量浪费。

发明内容

[0003] 本发明目的在于：提供一种能够调节冲压状态，并通过回收和再利用动能以减少能源浪费的摆式冲压装置。

[0004] 本发明的冲压装置具体为：一种摆式冲压装置，用于金属冲压成型，包括摆动冲头，该摆动冲头以向下摆动方式对设定位置进行冲压；还包括在摆动冲头运动轨迹周围布置可控电磁场的电磁场发生器，所述摆动冲头包括导电线圈，所述导电线圈受电磁场的作用力以改变摆动冲头的运动状态。

[0005] 优选的，所述摆动冲头包括冲击摆、惯性摆和旋转轴，冲击摆和惯性摆分别通过连杆与旋转轴刚性连接，惯性摆通过旋转轴带动冲击摆进行冲压；所述导电线圈设于惯性摆，惯性摆在电磁场发生器产生的电磁场内运动。

[0006] 优选的，所述冲击摆的旋转轴连杆和惯性摆的旋转轴连杆间具有40-50度的相位角。

[0007] 优选的，在所述冲击摆的摆动上止端设有蓄能弹簧。

[0008] 优选的，所述惯性摆具有弧形摆端；所述电磁场发生器具有用于布置电磁场的弧形套槽，所述弧形摆端与弧形套槽相配合，使弧形摆端在弧形套槽内运动。

[0009] 本发明的另一目的，在于提供一种摆式冲压装置的控制方法，该控制方法能够使能源的浪费显著减少。应用该方法的摆式冲压装置的摆动冲头包括冲击摆、惯性摆和旋转轴，冲击摆和惯性摆分别通过连杆与旋转轴刚性连接，惯性摆通过旋转轴带动冲击摆进行冲压；所述导电线圈设于惯性摆，惯性摆在电磁场发生器产生的电磁场内运动。

[0010] 本发明的控制方法包括如下步骤：

[0011] 根据冲压零件的实际需求计算冲击模具需要的速度及加速度；

[0012] 计算所需的电磁场强度及导电线圈的电流强度；

[0013] 惯性摆在电磁场的作用下对冲击摆提供更大的冲击动能，使冲击摆在设定的位置冲击模具的动模，完成冲压；

[0014] 冲击摆在冲击后返回初始位置等待下一个运动周期。

[0015] 优选的，所述电磁场由单个可控的螺线圈提供，并通过控制螺线圈的通电匝数、通电电流强度及方向参数以控制电磁场的强度及方向。

[0016] 优选的，所述导电线圈在运动过程中总处于可控电磁场中，导电线圈的通电匝数、通电电流强度为单独控制。

[0017] 优选的，所述冲击摆和惯性摆之间具有相位角，所述冲击摆在冲击位置时惯性摆具有一重力势能，冲击摆在冲击后，惯性摆的重力势能转化为动能，从而驱动冲击摆向初始位置运动。

[0018] 优选的，所述冲击摆在向初始位置运动时，电磁场反向，驱动冲击摆最终回到初始位置。

[0019] 相对于现有技术，本发明提供一种基于电磁场控制的摆式冲压装置和方法，该装置和方法以简单的机械结构和方便可控的电磁场，控制摆动冲头的运动，以实现精确冲压。由于摆动结构有利于进行动能和势能的转化，相对其他冲压结构，具有能量回收和再利用的功能，因此提高了能量利用效率，减少资源浪费。进一步的，本发明的优选方案中所采用的冲击摆、惯性摆和旋转轴刚性连接结构，使得装置更加可靠、效率更高。而且在冲击摆的旋转轴连杆和惯性摆的旋转轴连杆间设计了相位角后，使得冲击摆在最下端的冲击位置时，惯性摆具有一个重力势能，冲击摆冲击后，惯性摆的重力势能可以转化为动能，从而驱动冲击摆向初始位置运动，配合反向电磁场的作用下，冲击摆最终回到初始位置等待下一个运动周期，这些结构的设计使能量转换效率得以提高。

附图说明

[0020] 图1是本发明的基于电磁场控制的摆式冲压方法的原理示意简图。

[0021] 图2是实现本发明基于电磁场控制的摆式冲压方法的一种实施装置示意简图。

具体实施方式

[0022] 本发明工作原理如图1所示，其采取了一种基于电磁场控制的摆式冲压工作方法，包括一个冲击摆1和一个惯性摆2，冲击摆1用于冲击模具以完成冲压过程，惯性摆2用于提供更大的冲击动能，并用于回收冲击动能进行再利用。冲击摆1和惯性摆2分别与同一个旋转轴3刚性连接，且冲击摆1和惯性摆2之间保持一个相位夹角，形成可刚性运动的摆动结构。图1显示了该摆动结构的两个不同的运动状态，第一个状态是冲击摆1的初始状态，此时冲击摆1位于蓄能弹簧连接的止动板5处；另一个状态是冲击摆1向下摆动并撞击在模具上时的冲压位置，此时冲击摆1撞击模具的动模7，惯性摆2由于相位夹角的存在，具有一定的重力势能。

[0023] 图1所示，惯性摆2上绕有导电线圈，在惯性摆2的运动轨迹周围布置可控电磁场，用于导电线圈通过电流时，在惯性摆2上施加电磁力。使用者根据冲压零件的实际需求，计算冲击模具需要的速度及加速度，进而自动计算所需的电磁场的强度及惯性摆2上导电线圈的电流强度等参数。因此，惯性摆2在电磁场及重力场的作用下进行加速运动，通过旋转轴3带动冲击摆1在设定的位置冲击模具的动模7，完成冲压；由于冲击摆1和惯性摆2之间具有一定的相位夹角，当冲击摆1撞击模具的动模7时，惯性摆2上具有较大的重力势能并开始转换为动能从而驱动冲击摆1反向运动，并在反向电磁场的作用下最终返回初始位置等待下一个运动周期。

[0024] 图2提供了一种用于实现本发明的具体实施装置，需要说明的是，本发明的方法同样可以用其他装置实现。如图2所示的本发明实施装置包括冲击摆1、惯性摆2、旋转轴3、螺旋管组4、与蓄能弹簧连接的止动板5、支架6、动模7、定模8和工作台9。其中，螺旋管组4作为电磁场发生器，提供可控电磁场。

[0025] 该实施例的冲击摆1和惯性摆2成45度夹角，并与旋转轴3刚性连接在一起。冲击摆1的初始位置是位于水平线上，并能压缩蓄能弹簧，在冲压周期开始时，冲击摆1和惯性摆2一起在重力、蓄能弹簧推力的作用下向下运动，同时也受到螺旋管组4所提供的电磁场的作用做加速运动，并在冲击摆1运动到竖直方向时冲击模具的动模7，此后冲击摆1冲击动模7直到停止。之后，由于夹角的存在，惯性摆2具有重力势能并处于不平衡状态，开始带动冲击摆1反向运动，此时将螺旋管组4的磁场反向，从而使冲击摆1返回到初始位置，并压缩蓄能弹簧。该装置中，冲击摆1和惯性摆2通过旋转轴3固定在支架6上，螺旋管组4也固定在支架6上。而动模、定模则固定在工作台9上。为增强磁场作用效果，所述惯性摆2具有弧形摆端；所述电磁场发生器具有用于布置电磁场的弧形套槽，通过在弧形套槽周围布置螺旋管组4，以在套槽内形成电磁场，所述弧形摆端的摆动轨迹与弧形套槽相配合，使弧形摆端在弧形套槽内运动。

[0026] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。