專利名稱：磁力沖床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖床，尤其是一種永磁與電磁復(fù)合沖床。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電動機拖動的機械沖床，體積龐大、笨重、效率低，不便于實現(xiàn) 自動化，發(fā)展的趨勢是電磁沖床逐漸淘汰傳統(tǒng)的機械沖床。如圖1示，為現(xiàn)
有的電磁沖床的典型結(jié)構(gòu)示意圖。在底座10上固定導(dǎo)磁筒2，導(dǎo)磁筒2內(nèi)包 著線圈3,線圈3隔間隙包圍著動鐵心4，沖頭l及導(dǎo)桿9均與動鐵心4固接； 壓力彈簧8的導(dǎo)桿6固定在筒2的端面或床體上，導(dǎo)桿6另一端由聯(lián)板7聯(lián) 接，壓板5與導(dǎo)桿9固定。給線圈3通正向電流，產(chǎn)生的電磁力，使動鐵心 4加速下沖，沖制工件后到達(dá)下死點，彈簧8被壓縮而儲能，線圈3斷電后， 彈簧8釋放能量，頂起壓板5帶動導(dǎo)桿9，使動鐵心4及沖頭1上行到上死 點。這就是現(xiàn)有電磁沖床的工作原理。顯然，要使動鐵心4下沖，同時使彈 簧8被壓縮，所需要的電磁力很大，就得使線圈3的安匝值(NI)足夠高， 因而，現(xiàn)有電磁沖床的線圈3的體積較大，工作電流也很大，造成發(fā)熱嚴(yán)重、 電能浪費較大、控制系統(tǒng)體積較大且復(fù)雜、使用成本高。
為了大大降低現(xiàn)有電磁沖床的工作電流，申請?zhí)枮?00510011963. 2,名 稱為永磁沖床的專利，通過設(shè)置永磁環(huán)來實現(xiàn)。該發(fā)明如圖2示，在導(dǎo)磁筒 1和12中加一個永》茲環(huán)14。線圈3未通電之前，永磁環(huán)14已對動鐵心4產(chǎn) 生了不小的下拉力，磁通回路如圖中A所示。給線圈3加正向電流，產(chǎn)生的 電磁通與前述永磁通疊加，作用在動鐵心13上的下拉力增大，使動鐵心13 加速下沖，沖頭l完成沖制工件。要使沖頭l回程，給線圈3加反向電流， 使其產(chǎn)生的電磁力與彈簧8的反力一起克服永磁環(huán)"的磁拉力。顯然，正是 永磁環(huán)14的磁力參與，才使沖頭1下沖所需電》茲力大大減小，即對線圏3 要求的安匝值(NI)大大減小。然而，永磁環(huán)14磁導(dǎo)率和空氣的磁導(dǎo)率很接 近，磁阻很大，要額外損耗電流
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計一種永磁與電磁復(fù)合沖床，既能充分有效利用永磁力，又使 電磁通避開永磁體的磁阻，從而進(jìn)一步減小工作時線圈所需安臣值(NI ),提 高沖制工件的頻率，提高效率。
本發(fā)明按下述技術(shù)方案實現(xiàn)。
如圖3示，在底座24上固定導(dǎo)磁筒16,導(dǎo)磁筒16內(nèi)包著上線圏20、徑 向充》茲的永石茲環(huán)15、下線圈21,上線圈20、徑向充石茲的永石茲環(huán)15、下線圈 21的外圓均與導(dǎo)》茲筒16的內(nèi)圓接觸，永;茲環(huán)15的上下端面分別與上線圈20 的下端面及下線圏21的上端面相接觸，上線圈20的上端面與導(dǎo)磁筒16上部 內(nèi)端面接觸，下線圈21的下端面與導(dǎo)磁筒16下部內(nèi)端面接觸，軟磁性動鐵 心22置于它們之中，動鐵心22的軸向長度尺寸比導(dǎo)磁筒16的短一個沖程(L ) 尺寸，動鐵心22的外圓與它們的內(nèi)圓之間間隔較小的間隙，非磁性沖頭23 及非磁性導(dǎo)桿18均與動鐵心22固接，以上所述各件均同軸；壓力彈簧19 套在導(dǎo)桿18外，壓力彈簧19的自由長度為動鐵心22沖程(L)的一半，即 L/2,支架17固定在導(dǎo)磁筒16的端面或沖床的床身其它部位，沖頭23及導(dǎo) 桿18與導(dǎo)磁筒16端面的中孔配成滑動配合，導(dǎo)桿18上部與支架17的孔配 成間隙配合。圖3所示動鐵心22處于上死點，壓力彈簧19處于受壓狀態(tài)，I 為永石茲環(huán)15的石茲通回路，并設(shè)永f茲環(huán)15的內(nèi)圓為N才及面。
本發(fā)明的工作原理如圖4示，給下線圈21通電，產(chǎn)生的電磁通回路為
n和ni，與永磁通回路i的方向相反，電磁力削弱永磁力，當(dāng)電磁力值大于
永磁力與壓力彈簧19的反力及動鐵心22的重力(含導(dǎo)桿18和沖頭23的重 力)的差值時，動鐵心22將加速下沖，當(dāng)位移超過L/2沖程(或間隙)，動 鐵心22的上端面與導(dǎo)磁筒16上部內(nèi)端面之間隙值將大于動鐵心22的下端 面與導(dǎo)磁筒16下部內(nèi)端面之間隙值，那么，根據(jù)磁力線總是力圖沿磁阻最 小的路徑閉合的特性，永磁環(huán)15的絕大多數(shù)磁力線將從其內(nèi)圓出發(fā)，穿過永 磁環(huán)15的內(nèi)圓與動鐵心22外圓之間隙，接著穿過動鐵心22下半部，接著穿 過動鐵心22的下端與導(dǎo)》茲筒16下部內(nèi)端之間隙，接著穿過導(dǎo);茲筒16回到永 磁環(huán)15的外圓，即絕大多數(shù)永磁力線回路與圖4中電磁回路II 一樣，那么，作用在動鐵心22上的電磁力、重力、永磁力及彈簧反力疊加在一起，使動鐵
心22以比以前更大的變加速度下沖到下死點，在此過程中沖頭23與凹模(圖 中未畫) 一起完成沖制工件，永磁通回路如圖5中IV所示，永磁通使動鐵心 22保持在導(dǎo)磁筒16下部內(nèi)端面。要讓動鐵心22回程(上行)，給上線圈20 通電，如圖6所示，電》茲通的回3各為V和VI,方向與7JU茲通回^各IV的方向相 反，動鐵心22向上運動的原理和過程與前述向下運動的相似，不同的是，動 鐵心22由靜止向上運動到L/2的過程，線圈20所產(chǎn)生的電磁力要克服永磁 力、重力；動鐵心22上行越過L/2后，變成向上的電磁力與絕大部分向上的 永磁力一起克服很小的向下的永磁力、重力及壓力彈簧19的抗力。動鐵心 22上行到上死點，被永磁環(huán)15的磁力保持在導(dǎo);茲筒16上部內(nèi)端面，如圖3 示，磁通回路為I所示，同時，壓力彈簧19被壓縮而儲能，壓力彈簧19還 對動鐵心22上行起到緩沖作用，至于壓力彈簧19的自由長度取為動鐵心22 沖程(L)的一半，是為了盡量延遲對動鐵心22上行的阻力。
本發(fā)明設(shè)計時，讓動鐵心22保持在導(dǎo)磁筒16上部內(nèi)端面上的永磁環(huán)15 的磁力，略大于壓力彈簧19的最大反力與動鐵心22、沖頭23及導(dǎo)桿18總 重力之和。這樣，若使動鐵心22和沖頭23下沖，給線圈21通較小的電流就 能使動鐵心22和沖頭23始動，同時彈簧19釋放所儲存的能量給動鐵心22 以克服向上的永磁力，動鐵心22下沖越過L/2后，作用在動鐵心22上的永 磁力絕大部分方向向下，永磁力、重力、電磁力一起使動鐵心22和沖頭23 加速下沖到下死點，要說明的是，動鐵心22下沖越過L/2后，在動鐵心" 上所加的電磁力要比動鐵心22下沖始動所需要的電磁力大，這是為了沖頭 23沖制工件。
本發(fā)明動鐵心22和沖頭23從下死點上行(回程)到?jīng)_程中點L/2,使 動鐵心22始動的臨界電磁力應(yīng)滿足
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中Fi—動鐵心22受到的向上的電磁力；
t一動鐵心22保持在導(dǎo)磁筒16下部內(nèi)端面上的永磁力；g—動鐵心22、沖頭23及導(dǎo)桿18總重力之和。 由前述工作原理知，動鐵心22上行始動后，對電磁力的需求值隨著f！ 逐漸減小而減小，所以，F(xiàn)!為動鐵心22上行所需要的最大電磁力。
設(shè)沖床的額定沖力為P，現(xiàn)有的電磁沖床P完全由電磁力實現(xiàn)，本發(fā)明 將P的一部分由向下的永磁力來承擔(dān)，且取其值等于動鐵心22保持在導(dǎo)磁筒 16下部內(nèi)端面上的永磁力值，以替代需要的部分電磁力，所需剩余的部分電 磁力設(shè)為F2，從而大幅度降低線圈的工作電流或安匝(NI)值。所以可使
Fz+f'+g =P ( 2 )
因為沖頭"要沖制工件，所以F2應(yīng)大于F,，偏于富裕取動鐵心下沖所 需要的電磁力值作為動鐵心向上所需要的電磁力值，將(1)式中的F!用F2 代替后，再與(2)式求得
F2=P/2 (3)
由(2)式立即得
f> P/2 -g
因為與P相比，g小得多，所以可靠地取
f> P/2 (4)
動鐵心22上行到L/2以后，永磁環(huán)15的絕大多數(shù)磁力線將從其內(nèi)圓出 發(fā)，穿過永磁環(huán)15的內(nèi)圓與動鐵心22外圓之間隙，接著穿過動鐵心22上半 部，接著穿過動鐵心22的上端與導(dǎo)磁筒16上部內(nèi)端之間隙，接著穿過導(dǎo)磁 筒16回到永磁環(huán)15的外圓，即永磁通回路與圖6中電磁回路VI所示一樣， 因此不需電磁力，僅靠永磁環(huán)15的磁力使動鐵心22加速運動到上死點。
按(3)式和(4)式確定本發(fā)明工作所需要的電磁力和永磁力，進(jìn)而設(shè) 計線圈20、 21及永磁環(huán)15,就是說，使線圈20、 21產(chǎn)生的磁場強度均與永 磁環(huán)15的相等。
在沖頭23安接錘頭，本發(fā)明就是一種鍛造機，也可作為破碎機；在沖頭 23或?qū)U18安接振動頭或振動盤，則本發(fā)明可作為振動設(shè)備。 由上面的i兌明及分片斤，本發(fā)明優(yōu)點凸現(xiàn)1、 所述電磁通m (見圖4)、 V (見圖6)不通過永磁環(huán)15,遇到的磁 阻是導(dǎo)磁筒16的磁阻、動鐵心22的磁阻及動鐵心22沖程L (間隙)磁阻， 電磁通II (見圖4)、 VI (見圖6)通過永磁環(huán)15,遇到的磁阻是導(dǎo)磁筒16 磁阻、動鐵心22的磁阻及動鐵心22沖程L (間隙)磁阻及永磁環(huán)15的磁阻， 永磁環(huán)15的磁阻很大，因此絕大部分電磁通通過回路III、 V,所以不需要大 量的額外電流來克服永磁磁阻，節(jié)省了許多的電能；
2、 由于優(yōu)點l,與現(xiàn)有電磁沖床相比，本發(fā)明的沖頭23 (或動鐵心22) 上行和下沖均所需電流僅為現(xiàn)有電磁沖床沖頭下沖的所需電流50%，而且， 動鐵心22上行到L/2以后，可切斷線圏20的電流節(jié)能，所以本發(fā)明耗電少； 由于線圈的導(dǎo)線發(fā)熱(焦耳熱)量與電流的平方成正比，因此本發(fā)明電能的 損耗也小得多；
3、 本發(fā)明有兩個線圈20、 21,它們的體積之和，并不比現(xiàn)有電磁沖床 或前述永磁沖床的線圈體積大，由于優(yōu)點1或優(yōu)點2,本發(fā)明工作時線圈20、 21交替通電，大大減緩了每個線圈焦耳熱的積累，因此，本發(fā)明能比現(xiàn)有電 磁沖床或前述永磁沖床以更高的頻率工作，效率很高；
4、 本發(fā)明，將現(xiàn)有電磁沖床或前述永磁沖床的兩個彈簧8，改為一個彈 簧19，省掉了壓板5及導(dǎo)柱6，筒化了結(jié)構(gòu)，使沖床更緊湊，剛性更強；
5、 本發(fā)明，由于前述的優(yōu)點，所以控制系統(tǒng)簡單小巧、功耗小、效率高、 壽命長；
6、 本發(fā)明一磁力沖床，由于前述的優(yōu)點，所以使用和維護(hù)費用更低。


圖1為現(xiàn)有電磁沖床典型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為專利200510011963. 2公開的永磁沖床的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為本發(fā)明具體實施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，也是本發(fā)明具體實施方式
一動《失心在上死點時的示意圖4為圖3線圈21通電時磁路示意圖5為本發(fā)明具體實施方式
一動鐵心在下死點時的示意圖；圖6為圖5線圈20通電時》l^各示意圖7為本發(fā)明具體實施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明具體實施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明具體實施方式
四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖3示，在底座24上固定導(dǎo)磁筒16,導(dǎo)磁筒16內(nèi) 包著上線圈20、徑向充磁的永磁環(huán)15、下線圈21,動鐵心22置于它們之中， 動鐵心22的軸向長度尺寸比導(dǎo)磁筒16的短一個沖程(L)尺寸，動鐵心22 的外圓與它們的內(nèi)圓之間間隔較小的間隙，沖頭23及導(dǎo)桿18均與動鐵心22 固接，以上所述各件均同軸；壓力彈簧19套在導(dǎo)桿18外，壓力彈簧19的自 由長度為動鐵心22沖程(L)的一半，即L/2,支架17固定在導(dǎo)磁筒16的 端面或沖床的床身其它部位，沖頭23及導(dǎo)桿18與導(dǎo)磁筒16端面的中孔配成 滑動配合，導(dǎo)桿18上部與支架17的孔配成間隙配合。圖3所示動鐵心22 處于上死點，壓力彈簧19處于受壓狀態(tài)，I為永磁環(huán)15的磁通回路，并設(shè) 永^f茲環(huán)15的內(nèi)圓為N4l面。工作原理同前述。
具體實施方式
二如圖7示，將具體實施方式
一中的永石茲環(huán)15、導(dǎo)磁筒 16分別改為7Jc磁環(huán)25、導(dǎo)^f茲筒26,并增加導(dǎo);茲襯環(huán)27,其它不變。
具體實施方式
三如圖8示，將具體實施方式
一或具體實施方式
二中的 彈簧19去掉，并將導(dǎo)桿18、支架17分別改為沖頭31、與底座24固定的支 架29,便成為雙沖頭沖床，與沖頭23相聯(lián)接的凸模(未畫出)對應(yīng)凹模28, 沖頭31相聯(lián)接的凸模(未畫出)對應(yīng)凹模30,其它不變，這樣的沖床充分
地發(fā)揮了效能，效率極高。
具體實施方式
四將具體實施方式
三的沖床轉(zhuǎn)90°,并將支架29和底座 24做成大框架32,用固定板33、 34將導(dǎo)磁筒16或26固定在大框架32,大 框架32固定于地基。
權(quán)利要求
1.一種磁力沖床，其特征是在底座(24)上固定導(dǎo)磁筒(16)，導(dǎo)磁筒(16)內(nèi)包著上線圈(20)、徑向充磁的永磁環(huán)(15)、下線圈(21)，上線圈(20)、徑向充磁的永磁環(huán)(15)、下線圈(21)的外圓均與導(dǎo)磁筒(16)的內(nèi)圓接觸，永磁環(huán)(15)的上下端面分別與上線圈(20)的下端面及下線圈(21)的上端面相接觸，上線圈(20)的上端面與導(dǎo)磁筒(16)上部內(nèi)端面接觸，下線圈(21)的下端面與導(dǎo)磁筒(16)下部內(nèi)端面接觸，軟磁性動鐵心(22)置于它們之中，軟磁性動鐵心(22)的軸向長度尺寸比導(dǎo)磁筒(16)的短一個沖程L尺寸，軟磁性動鐵心(22)的外圓與它們的內(nèi)圓之間間隔間隙，非磁性沖頭(23)及非磁性導(dǎo)桿(18)均與軟磁性動鐵心(22)固接，以上所述各件均同軸；壓力彈簧(19)套在非磁性導(dǎo)桿(18)外，壓力彈簧(19)的自由長度比軟磁性動鐵心(22)沖程L短，支架(17)固定在導(dǎo)磁筒(16)的端面或沖床的床身其它部位，非磁性沖頭(23)及非磁性導(dǎo)桿(18)與導(dǎo)磁筒(16)端面的中孔配成滑動配合，非磁性導(dǎo)桿(18)上部與支架(17)的孔配成間隙配合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力沖床，其特征是將永磁環(huán)(15)、導(dǎo)磁 筒(16)分別改為永磁環(huán)(25)、導(dǎo)磁筒(26),并增加導(dǎo)磁襯環(huán)(27)，其它 不變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁力沖床，其特征是將彈簧(19 )去掉， 并將非磁性導(dǎo)桿(18)、支架(17)分別改為非磁性沖頭(31)、與底座(24) 固定的支架(29),便成為雙非磁性沖頭沖床，與非磁性沖頭(23)相聯(lián)接的 凸模對應(yīng)凹模(28),與非磁性沖頭(31)相聯(lián)接的凸模對應(yīng)凹模(30)，其 它不變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁與電磁復(fù)合沖床，其特征是將該沖床轉(zhuǎn) 90°,并將支架(29 )和底座(24 )做成大框架(32 )，用固定板(33 )、 ( 34 ) 將導(dǎo)磁筒(16)或U6)固定在大框架(32),大框架(32)固定于地基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的磁力沖床，其特征是在沖頭(23 ) 安接錘頭，作為鍛造機，也可作為破碎機；在沖頭(23)或?qū)U(18)安疾 振動頭或振動盤，作為振動設(shè)備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的磁力沖床，其特征是使線圏(20 )、 (21)產(chǎn)生的磁場強度均與永磁環(huán)(15)的相等。
全文摘要
一種的磁力沖床，在底座上固定導(dǎo)磁圓筒，導(dǎo)磁圓筒內(nèi)包著上線圈、徑向充磁的永磁環(huán)、下線圈，動鐵心置于它們之中，非磁性沖頭及非磁性導(dǎo)桿均與動鐵心固接，壓力彈簧套在導(dǎo)桿外；給下線圈通電，產(chǎn)生的電磁通與永磁通及彈簧反力使動鐵心加速下沖沖制工件，然后下線圈斷電，給上線圈通電，產(chǎn)生的電磁通與永磁通使動鐵心加速上沖到上死點，彈簧得到壓縮而儲能。由于設(shè)置永磁環(huán)，并設(shè)置線圈，使工作電流大大減小，提高了沖制工件頻率及工作效率，簡化了控制系統(tǒng)，降低了能耗，延長使用壽命。在沖頭安接錘頭，作為鍛造機、破碎機；在沖頭或?qū)U安接振動頭或振動盤，作為振動設(shè)備。
文檔編號B30B1/42GK101298194SQ20071009777
公開日2008年11月5日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者劉新廣 申請人:劉新廣