本發(fā)明涉及非晶合金材料塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電流輔助電磁沖裁加工裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

非晶合金是一類(lèi)新的工程材料，此種材料具有高強(qiáng)度、高彈性、耐腐蝕性以及熔融狀態(tài)下可加工性等特性。非晶合金的原子結(jié)構(gòu)排列并非是晶態(tài)合金的長(zhǎng)程有序模式。非晶材料的獲得一般地通過(guò)使熔融合金以“足夠快”的冷卻速率從結(jié)晶相的融化溫度以上冷卻至非晶相的“玻璃轉(zhuǎn)化溫度”以下，從而避免合金晶體的成核和生長(zhǎng)。早期的非晶材料的“臨界冷卻速率”是極高的。因此，常規(guī)的加工工藝并不適用于如此高的冷卻速率。因?yàn)檫@些非晶合金的臨界冷卻速率嚴(yán)重地限制了由非晶合金制成的部件尺寸，所以早期的非晶合金加工生產(chǎn)受到了限制。

多年來(lái)，確定的是“臨界冷卻速率”很大程度上取決于非晶合金的化學(xué)組成。因此，大量的研究都集中于研發(fā)具有更低的臨界冷卻速率的新的合金組成。而如今，一些新的非晶合金系統(tǒng)的特征在于臨界速率低至幾攝氏度/秒，這允許比之前可實(shí)現(xiàn)的非晶相現(xiàn)象有更多的處理和成形方式。

近來(lái)，已經(jīng)研發(fā)出通過(guò)對(duì)非晶合金材料進(jìn)行均勻加熱，使用快速電容器放電成形工具將其熱塑性成形為一定形狀來(lái)克服這些常規(guī)方法的許多局限的方法。電容器放電成形利用儲(chǔ)存于電容器內(nèi)的電能的釋放在幾毫秒或更短的時(shí)間內(nèi)均勻地將非晶合金材料的樣品加熱到在非晶合金玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與合金的平衡熔點(diǎn)之間的預(yù)定“處理溫度”。從而，我們找到利用在電流輔助加熱方法使非晶合金加熱到“處理溫度”后進(jìn)行沖裁加工的方法。

由于非晶合金優(yōu)異的性能，現(xiàn)已用于航空航天、軍事兵器、電子機(jī)械等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣泛。然而目前其加工成形的難度在一定程度上限制了其應(yīng)用的推廣，現(xiàn)利用在電流輔助加熱使非晶合金加熱到“處理溫度”同時(shí)結(jié)合電磁助推沖裁的方法，對(duì)非晶合金材料進(jìn)行沖裁加工。采用電磁沖裁的方式，具有沖裁加工能量易于精確控制、沖裁速度快、加工精度高等特點(diǎn),改善非晶合金零件斷面質(zhì)量。一定程度上豐富了非晶合金的加工工藝，為其更廣泛的應(yīng)用于各個(gè)方面提供了更大可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種沖裁加工能量易于精確控制、沖裁速度快、加工精度高的電流輔助電磁沖裁加工裝置及其控制方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施：

一種電流輔助電磁沖裁加工裝置，包括凸模、凹模、兩個(gè)加熱電極、凸?；貜?fù)件、助推線圈組、驅(qū)動(dòng)片、加熱件和電磁驅(qū)動(dòng)件；所述加熱電級(jí)固定于所述凹模上，待成形板料固定于所述加熱電極上；所述凸模包括固定部和成形部；所述成形部和所述凹模相適配；所述凸?；貜?fù)件包括回復(fù)彈簧、導(dǎo)向桿和外固定框；所述導(dǎo)向桿穿過(guò)所述固定部固定于所述外固定框內(nèi)，所述回復(fù)彈簧套設(shè)于所述導(dǎo)向桿上；所述驅(qū)動(dòng)片固定于所述固定部上方；所述助推線圈組與所述電磁驅(qū)動(dòng)件電連接；所述助推線圈組固定設(shè)置于所述外固定框內(nèi)壁上且與所述驅(qū)動(dòng)片相正對(duì)設(shè)置；所述成形部穿出所述外固定框以實(shí)現(xiàn)對(duì)待成形板料的沖裁。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹模設(shè)置于所述凸模下方；所述固定部呈長(zhǎng)方形狀，所述成形部呈圓柱狀且垂直設(shè)置于所述固定部的中心處下方。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)向桿的數(shù)量為四根，對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述成形部四周；所述回復(fù)彈簧的數(shù)量為八個(gè)，分別套設(shè)在所述固定部上下方的導(dǎo)向桿上。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述成形部外側(cè)進(jìn)一步套設(shè)有導(dǎo)向用的導(dǎo)套；所述導(dǎo)套包括凸緣部和導(dǎo)向部；所述凸緣部與所述固定部平行設(shè)置且固定貼設(shè)于所述外固定框內(nèi)壁上；所述導(dǎo)向部與所述成形部相平行設(shè)置且與所述成形部和所述外固定框相緊貼設(shè)置。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述助推線圈組的數(shù)量為至少一個(gè)；所述助推線圈組包括若干個(gè)子線圈；所述子線圈為紫銅線繞制成的螺旋管線圈，所述子線圈的截面為圓形或矩形。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹模上進(jìn)一步設(shè)置有一緩沖件；所述凹模上開(kāi)設(shè)有與所述成形部相適配的圓槽；所述緩沖件包括緩沖彈簧和頂板；所述緩沖彈簧一端固定設(shè)置于所述圓槽的下表面，另一端與所述頂板相固定連接。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述加熱電極包括電極上半部和電極下半部；待成形板料固定于所述電極上半部和電極下半部之間并通過(guò)螺栓固定。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述加熱件與所述加熱電極電連接；所述加熱件包括第一電源、第一電容器、第一電源控制開(kāi)關(guān)、第一電容器控制開(kāi)關(guān)、第一分壓電阻和第一電感器件；所述電磁驅(qū)動(dòng)件包括第二電源、第二電容器、第二電源控制開(kāi)關(guān)、第二電容器控制開(kāi)關(guān)、第二分壓電阻和第二電感器件。

一種電流輔助電磁沖裁加工裝置的控制方法，包括以下步驟：

s1：將待成形板料置于所述凹模上，并固定于所述加熱電極上；

s2：利用所述加熱件放電電流通過(guò)待成形板料對(duì)其進(jìn)行加熱處理，直至待成形板料達(dá)到玻璃態(tài)待處理溫度；

s3：利用電磁驅(qū)動(dòng)件放電通過(guò)所述助推線圈組產(chǎn)生磁場(chǎng)，在此磁場(chǎng)中所述驅(qū)動(dòng)片受磁力作用驅(qū)動(dòng)所述凸模高速運(yùn)動(dòng)對(duì)待成形板料進(jìn)行沖裁加工；

s4：斷開(kāi)所述加熱件電源和所述電磁驅(qū)動(dòng)件電源，取出成形板料，完成沖裁成形加工。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在s3步驟中：當(dāng)所述凸模沖裁動(dòng)作結(jié)束后，所述回復(fù)彈簧提供彈力使所述凸模沿著所述導(dǎo)向桿方向回復(fù)到預(yù)備沖裁位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置及其控制方法采用電容器快速放電加熱可使非晶合金板料快速加熱到玻璃態(tài)的處理溫度，并將電容器輔助加熱與電磁助推沖裁相結(jié)合，通過(guò)精確控制加熱電路與電磁驅(qū)動(dòng)電路閉合的先后時(shí)序，準(zhǔn)確地在非晶合金板料達(dá)到玻璃態(tài)處理溫度時(shí)進(jìn)行沖裁加工，該工藝既能保證加熱速度，又能減少加工時(shí)間，能夠解決斷面附近存在微裂紋、沖裁模具磨損等問(wèn)題。

2、本發(fā)明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置具有沖裁加工能量易于精確控制、沖裁速度快、加工精度高等特點(diǎn),改善非晶合金零件斷面質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

附圖1是本發(fā)明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2是本發(fā)明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置中加熱件的電路圖；

附圖3是本發(fā)明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置中電磁驅(qū)動(dòng)件的電路圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明

凸模10、固定部11、成形部12、

凹模20、

加熱電極30、電極上半部31、電極下半部32、

凸模回復(fù)件40、回復(fù)彈簧41、導(dǎo)向桿42、外固定框43、

助推線圈組50、

驅(qū)動(dòng)片60、

導(dǎo)套70、凸緣部71、導(dǎo)向部72、

緩沖件80、緩沖彈簧81、頂板82、

加熱件90、第一電源91、第一電容器92、第一電源控制開(kāi)關(guān)93、第一電容器控制開(kāi)關(guān)94、第一分壓電阻95、電感器件96、

電磁驅(qū)動(dòng)件100、第二電源101、第二電容器102、第二電源控制開(kāi)關(guān)103、第二電容器控制開(kāi)關(guān)104、第二分壓電阻105、第二電感器件106、

待成形板料110、

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式是本發(fā)明一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式?；诒景l(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施方式。基于本發(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

請(qǐng)參考圖，實(shí)施例中，一種電流輔助電磁沖裁加工裝置，包括凸模10、凹模20、兩個(gè)加熱電極30、凸?；貜?fù)件40、助推線圈組50、驅(qū)動(dòng)片60、加熱件和電磁驅(qū)動(dòng)件；整體通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，采用電流加熱輔助電磁沖裁的方式對(duì)非晶合金進(jìn)行加工，沖裁加工能量易于精確控制、沖裁速度快、加工精度高。

請(qǐng)參考圖1，實(shí)施例中，所述凹模20設(shè)置于所述凸模10下方，所述凸模10和凹模20均采用陶瓷材料制成；所述凸模10包括固定部11和成形部12，整體在截面上呈t型，具體的，所述固定部11呈長(zhǎng)方形狀，所述成形部12呈圓柱狀且垂直設(shè)置于所述固定部11的中心處下方；所述成形部12和所述凹模20相適配；所述凸?；貜?fù)件40包括回復(fù)彈簧41、導(dǎo)向桿42和外固定框43；所述導(dǎo)向桿42穿過(guò)所述固定部11固定于所述外固定框43的上下內(nèi)壁之間，所述回復(fù)彈簧41套設(shè)于所述導(dǎo)向桿42上；所述外固定框43下方開(kāi)有槽部以供所述成形部12伸出以實(shí)現(xiàn)對(duì)待成形板料110的沖裁。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向桿42的數(shù)量為四根，設(shè)置于所述成形部12四周；所述回復(fù)彈簧41的數(shù)量為八個(gè)，分別套設(shè)在所述固定部11上下方的導(dǎo)向桿42上；所述回復(fù)彈簧41可通過(guò)壓縮實(shí)現(xiàn)所述固定部11在所述導(dǎo)向桿42方向上的上下運(yùn)動(dòng)；該裝置還可以進(jìn)一步包括一底座，所述凹模20固定安裝于底座上。

除此之外，所述成形部12外側(cè)進(jìn)一步套設(shè)設(shè)置有導(dǎo)套70進(jìn)行導(dǎo)向；所述導(dǎo)套70包括凸緣部71和導(dǎo)向部72；所述凸緣部71與所述固定部11平行設(shè)置且固定貼設(shè)于所述外固定框43內(nèi)壁上，當(dāng)所述固定部11向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述固定部11下表面碰到所述凸緣部71后停止運(yùn)動(dòng)，即所述凸緣部71的厚度大小可根據(jù)待成形板料110需要加工的多少來(lái)決定以精確控制所述固定部11的行程；所述導(dǎo)向部72與所述成形部12相平行設(shè)置且與所述成形部12和所述外固定框43相緊貼設(shè)置，所述豎直部72可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述成形部12的導(dǎo)向。

請(qǐng)參考圖1，實(shí)施例中，所述助推線圈組50的數(shù)量為至少一個(gè)；所述助推線圈組50包括若干個(gè)子線圈；所述子線圈為紫銅線繞制成的螺旋管線圈，所述子線圈的截面為圓形或矩形。所述驅(qū)動(dòng)片60固定于所述固定部11上方；所述助推線圈組50與所述電磁驅(qū)動(dòng)件電連接；所述助推線圈組50固定設(shè)置于所述外固定框43內(nèi)壁上且與所述驅(qū)動(dòng)片60相正對(duì)設(shè)置；所述電磁驅(qū)動(dòng)件100包括第二電源101、第二電容器102、第二電源控制開(kāi)關(guān)103、第二電容器控制開(kāi)關(guān)104、第二分壓電阻105和第二電感器件106，所述電磁驅(qū)動(dòng)件的控制開(kāi)關(guān)包括所述電磁驅(qū)動(dòng)件的電源開(kāi)關(guān)和所述電容器的控制開(kāi)關(guān)，所述電磁驅(qū)動(dòng)件串聯(lián)于助推線圈的兩接頭。采用這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效通過(guò)助推線圈組50的磁感應(yīng)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)片60向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述凸模10整體向下運(yùn)動(dòng)

請(qǐng)參考圖，實(shí)施例中，所述加熱電極30固定于所述凹模20上，待成形板料110固定于所述加熱電極30上；所述加熱電極30包括電極上半部31和電極下半部32；待成形板料110固定于所述電極上半部31和電極下半部32之間并通過(guò)螺栓固定，用螺栓鎖緊保證待成形板料110與電極間接觸良好；所述加熱件與所述加熱電極30電連接；所述加熱件90包括第一電源91、第一電容器92、第一電源控制開(kāi)關(guān)93、第一電容器控制開(kāi)關(guān)94、第一分壓電阻95和第一電感器件96，該加熱電路連接加熱電極30的上下兩個(gè)銅電極即電極上半部31和電極下半部32。

請(qǐng)參考圖1，實(shí)施例中，所述凹模20上進(jìn)一步設(shè)置有一緩沖件80；所述凹模20上開(kāi)設(shè)有與所述成形部12相適配的圓槽；所述緩沖件80包括緩沖彈簧81和頂板82；所述緩沖彈簧81一端固定設(shè)置于所述圓槽的下表面，另一端與所述頂板82相固定連接。采用這樣的結(jié)構(gòu)可以保證沖裁過(guò)程中凸模10不會(huì)在驅(qū)動(dòng)片60的帶動(dòng)下由于力過(guò)大而對(duì)待成形板料110產(chǎn)生過(guò)大的壓力，保證待成形板料110的加工精度。

一種電流輔助電磁沖裁加工裝置的控制方法，包括以下步驟：

s1：將待成形板料置于所述凹模20上，并固定于所述加熱電極30上；

s2：利用所述加熱件放電電流通過(guò)待成形板料對(duì)其進(jìn)行加熱處理，直至待成形板料達(dá)到玻璃態(tài)待處理溫度；

s3：利用電磁驅(qū)動(dòng)件放電通過(guò)所述助推線圈組50產(chǎn)生磁場(chǎng)，在此磁場(chǎng)中所述驅(qū)動(dòng)片60受磁力作用驅(qū)動(dòng)所述凸模10高速運(yùn)動(dòng)對(duì)待成形板料進(jìn)行沖裁加工；

s4：斷開(kāi)所述加熱件電源和所述電磁驅(qū)動(dòng)件電源，取出成形板料，完成沖裁成形加工。

具體的，先閉合加熱件90中的第一電源控制開(kāi)關(guān)93和電磁驅(qū)動(dòng)件100中的第二電源控制開(kāi)關(guān)103，分別使加熱件90中的第一電源91、電磁驅(qū)動(dòng)件100中的第二電源101對(duì)各自電路中的電容器進(jìn)行充能；當(dāng)充電電壓達(dá)到所需電壓后，立刻斷開(kāi)充電回路即加熱件90和電磁驅(qū)動(dòng)件100的電源控制開(kāi)關(guān)并同時(shí)閉合加熱件90中的第一電容器控制開(kāi)關(guān)94，使加熱件90中的第一電容器92對(duì)待沖裁板料進(jìn)行放電加熱，待沖裁板料在電容器放電電流的作用下被加熱到玻璃態(tài)處理溫度后(此過(guò)程一般都在幾毫秒內(nèi)完成)，閉合電磁驅(qū)動(dòng)件100中的第二電容器控制開(kāi)關(guān)104，使所述第二電容器102對(duì)所述助推線圈組50放電，所述助推線圈組50在電容器釋放的脈沖電流的作用下產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，此時(shí)處在磁場(chǎng)中的所述驅(qū)動(dòng)片60收到強(qiáng)電磁力的作用迅速向下推動(dòng)與其相連結(jié)的凸模10做沖裁動(dòng)作，對(duì)待沖裁板料進(jìn)行沖裁；被沖裁部分位于所述頂板82上，在緩沖彈簧81的緩沖下與成形后的板料分離落下，至此完成一個(gè)完整的沖裁加工。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述凸模10沖裁動(dòng)作結(jié)束后，所述回復(fù)彈簧41提供彈力使所述凸模10沿著所述導(dǎo)向桿42方向回復(fù)到預(yù)備沖裁位置以供下一次沖裁動(dòng)作的開(kāi)始。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。