CN104531966B - 硅钢气动冲压式刻痕装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅钢气动冲压式刻痕装置，包括底座，底座上布置有直线导轨，直线导轨上设置有用于放置硅钢片的样品台，样品台一侧的底座上设置有升降立柱，升降立柱上设置有升降台；升降台下面设置有刻痕机座，刻痕机座底部设置有气动刻痕工作头，气动刻痕工作头位于样品台上方并对准其上的硅钢片，气动刻痕工作头的控制端与气动系统相连，从而驱动气动刻痕工作头在硅钢片表面进行高频振动刻痕；气动刻痕工作头两侧分别设置压紧气缸，压紧气缸的活塞杆端安装有压紧板，压紧板上设置弹性压片，在刻痕过程中将硅钢片牢固压紧。本发明实现了在硅钢片表面实现了对刻痕线间距、沟槽形状的精确控制。

Description

硅钢气动冲压式刻痕装置

技术领域

本发明涉及硅钢片刻痕处理技术，具体地指一种硅钢气动冲压式刻痕装置。

背景技术

随着能源问题的日益突出，变压器需要采用更低铁损的取向硅钢作为铁心材料以降低能耗。细化磁畴作为一种直接降低取向硅钢铁损的技术受到了普遍的关注。磁畴细化技术按其效果是否能经受800℃/2h去应力退火分为耐热型和非耐热型两种。激光刻痕作为一种非耐热型磁畴细化技术已在世界范围内广泛应用，其产品主要用作叠片变压器铁芯。而卷绕铁心变压器则需要采用耐热磁畴细化取向硅钢作为铁心。耐热磁畴细化技术只在世界上少数国家实现产业化应用，其主要方式是机械刻痕和化学刻蚀。由于化学刻蚀法对磁感恶化严重，只适用于磁感较高的产品(B8≥1.93T)，相对而言机械刻痕具有更为普遍的应用价值。

专利US5123977报道一种通过齿辊压痕形成沟槽实现耐热磁畴细化的方法。钢带在齿状刻痕辊和压辊之间移动，压辊向钢带施加的压力可以达到8448Kg/cm2。压痕之前需要将钢带加热到593-816℃，这样可以使钢带对施加的应力更为敏感。刻痕辊上有大量的齿沿轧向凸出，刻痕辊最好是钢辊，压辊为橡胶辊。专利US4742706也公开了一种可以实现耐热磁畴细化的机械刻痕装置，该装置由齿辊、压辊、支撑辊和液压气缸组成，液压气缸可以控制施加到压辊上的压力。由于耐热磁畴细化效果取决于压痕形成的沟槽的深度和宽度，沟槽宽度取决于齿的宽度，因此齿辊压痕法对齿的精度要求很高，需要达到微米级，连续生产一段时间后齿会磨损，需要经常加工，装备制造和维护非常困难。刻痕线间距和刻痕角度是耐热磁畴细化方法的两个重要的技术参数，这两个参数的调节只能通过更换齿辊，增加了参数调节的难度。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种可对不同尺寸规格的小硅钢片进行刻痕且线间距和刻痕角度易于调节、刻痕头易于加工的硅钢气动冲压式刻痕装置。

为实现上述目的，本发明所设计的硅钢气动冲压式刻痕装置，包括底座，其特殊之处在于，所述底座上布置有直线导轨，所述直线导轨上设置有用于放置硅钢片的样品台，所述样品台的一侧与安装在底座上的水平丝杆机构相连，所述水平丝杆机构与伺服电机相连，从而驱动样品台及其上的硅钢片在直线导轨上水平滑动；

所述样品台一侧的底座上设置有升降立柱，所述升降立柱上设置有升降台，所述升降台与设置在升降立柱内部的垂直丝杆机构相连，所述垂直丝杆机构的操作手柄位于升降立柱顶部，通过操作手柄旋转即可带动升降台作上下运动；

所述升降台下面设置有刻痕机座，所述刻痕机座底部设置有气动刻痕工作头，所述气动刻痕工作头位于样品台上方并对准其上的硅钢片，所述气动刻痕工作头的控制端与气动系统相连，从而驱动气动刻痕工作头在硅钢片表面进行高频振动刻痕；

所述气动刻痕工作头两侧分别设置压紧气缸，所述压紧气缸的缸体端固定在刻痕机座底板上，所述压紧气缸的活塞杆端安装有压紧板，所述压紧板上设置弹性压片，所述弹性压片在气动刻痕工作头随升降台下移时与硅钢片抵接配合，从而在刻痕过程中将硅钢片牢固压紧。

进一步地，所述样品台表面设置有用于嵌置固定硅钢片的样品安装槽。将硅钢片嵌置在样品台两侧的样品安装内，防止冲击力过大导致硅钢片在样品台内翘起。

更进一步地，所述样品台内部对应于样品安装槽下方阵列设置有用于吸附硅钢片的嵌入式永磁体，使硅钢片在磁力作用下平直的固定在样品台上。

更进一步地，所述压紧板为L型压紧板，其水平布置的宽面通过螺栓组件与活塞杆端相连，其垂直布置的窄面下端与弹性压片粘接，两块L型压紧板的窄面靠近气动刻痕工作头布置。L型压紧板使弹性压片受力更稳定。

更进一步地，所述两块L型压紧板的窄面之间的距离为10～20mm。压紧气缸气压带动两块弹性压片将硅钢片牢固压紧。

更进一步地，所述气动刻痕工作头包括设置在刻痕机座底部的X轴支撑架，所述X轴支撑架上设置有X轴主动轮和X轴从动轮，所述X轴主动轮与X轴步进电机相连，所述X轴主动轮与X轴从动轮之间通过X轴同步齿带相连，所述X轴同步齿带中间设置有与其直线啮合配合的吊挂座，所述吊挂座上安装有Y轴支撑架，所述Y轴支撑架上设置有Y轴主动轮和Y轴从动轮，所述Y轴主动轮与Y轴步进电机相连，所述Y轴主动轮与Y轴从动轮之间通过Y轴同步齿带相连，所述Y轴同步齿带中间设置有与其直线啮合配合的针头气缸，所述针头气缸的活塞杆端设置有刻痕针头，所述针头气缸的进气端与气动系统相连。气动刻痕工作头可实现X方向和Y方向的微调。

更进一步地，所述气动系统包括空气压缩机、气动二联件和高频控制阀，所述空气压缩机的高压气体输出端依次通过气动二联件和高频控制阀与气动刻痕工作头的控制端相连。空气压缩机产生的压缩空气通过气动二联件的减压和过滤后进入高频阀，控制系统精确控制高频阀的占空比，使压缩气体按照准确频率进入针头气缸的缸体，由针头气缸的活塞杆端带动针头高频振动。

更进一步地，所述气动系统包括空气压缩机、气动二联件和高频控制阀，所述空气压缩机的高压气体输出端依次通过气动二联件和高频控制阀与针头气缸的进气端相连。空气压缩机产生的压缩空气通过气动二联件的减压和过滤后进入高频阀，高频阀按照准确频率向针头气缸的缸体输送高压气体，高压气体驱动针头气缸的活塞杆端带动针头高频振动。

本发明的工作原理为：耐热磁畴细化原理主要是在钢带表面形成平行的线状沟槽。本发明通过气压带动针头冲击钢带表面可以在钢板表面标记或划线；通过刻痕控制系统实现刻划式和打点式两种不同的刻痕方式，分别形成线状和点线状刻痕线，还可以调节刻痕线间距、刻痕速度和角度。其中刻痕线间距的调节是通过伺服电机驱动水平丝杆机构带动样品台滑动实现的；刻痕速度控制是通过控制刻痕工作头上的X轴、Y轴步进电机驱动同步带带动刻痕针头向X轴方向、Y轴方向运动的速度实现的；通过调节升降立柱的升降台的高度改变刻痕针头与硅钢片表面的距离，可以缩短刻痕针头震动的行程，从而改变冲击力；压缩空气的连接方式是：空气压缩机——气动二联件——高频阀——针头气缸，通过气动二联件的数显压力计调节气压，通过高频阀调节频率和占空比可以改变冲击力，以及通过压力计调节气压，改变冲击力。

本发明的优点在于：本装置可以在硅钢片表面刻痕形成线状或点线状沟槽，实现了刻痕线间距、角度、刻痕线条的均匀性以及针头对钢板表面的冲击力的可控，可以得到铁损降低幅度8-12％，并且能经受800℃/2h去应力退火的效果。不同于齿辊压痕法中齿辊工艺精度要求很高且难以维护，本发明的刻痕头为容易加工的针头，且针尖长期使用磨损后只需在砂轮机上打磨即可，维护方便，且维护成本低。

附图说明

图1为本发明硅钢气动冲压式刻痕装置的主视结构示意图。

图2为图1的左视结构示意图。

图3为图1的俯视结构示意图。

图4为图1中I处放大结构示意图。

图5为图1中刻痕工作头的详细结构示意图。

图6为图5的左视结构示意图。

图7为图1所示刻痕装置的气动系统的结构示意图。

图中：底座1，直线导轨2，样品台3，伺服电机4，气动刻痕工作头5(其中：X轴支撑架5.1，X轴主动轮5.2，X轴从动轮5.3，X轴步进电机5.4，X轴同步齿带5.5，吊挂座5.6，Y轴支撑架5.7，Y轴主动轮5.8，Y轴从动轮5.9，Y轴步进电机5.10，Y轴同步齿带5.11，针头气缸5.12，刻痕针头5.13)，升降立柱6(其中：升降台6.1，操作手柄6.2，弧形导向槽6.3，定位螺钉6.4)，压紧气缸7(其中：活塞杆端7.1，弹性压片7.2，压紧板7.3，缸体端7.4)，刻痕机座8，硅钢片9，气动系统10(其中：空气压缩机10.1，气动二联件10.2，高频控制阀10.3)，水平丝杆机构11。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图7所示，本发明的硅钢气动冲压式刻痕装置，包括底座1，底座1上布置有直线导轨2，直线导轨2上设置有用于放置硅钢片9的样品台3，样品台3的一侧与安装在底座1上的水平丝杆机构11相连，水平丝杆机构11与伺服电机4相连，从而驱动样品台3及其上的硅钢片9在直线导轨2上水平滑动。样品台3表面设置有用于嵌置固定硅钢片9的样品安装槽。样品台3内部对应于样品安装槽下方阵列设置有用于吸附硅钢片9的嵌入式永磁体。

样品台3一侧的底座1上设置有升降立柱6，升降立柱6上设置有升降台6.1，升降台6.1与设置在升降立柱6内部的垂直丝杆机构相连，垂直丝杆机构的操作手柄6.2位于升降立柱6顶部，通过操作手柄6.2旋转即可带动升降台6.1作上下运动。升降台6.1上设置有一对弧形导向槽6.3，刻痕机座8通过贯穿弧形导向槽6.3的定位螺钉6.4与升降台6.1固定连接，从而可方便地调节刻痕机座8的水平偏转角度。

升降台6.1下面设置有刻痕机座8，刻痕机座8底部设置有气动刻痕工作头5，气动刻痕工作头5位于样品台3上方并对准其上的硅钢片9，气动刻痕工作头5的控制端与气动系统10相连，从而驱动气动刻痕工作头5在硅钢片9表面进行高频振动刻痕。

气动刻痕工作头5包括设置在刻痕机座8底部的X轴支撑架5.1，X轴支撑架5.1上设置有X轴主动轮5.2和X轴从动轮5.3，X轴主动轮5.2与X轴步进电机5.4相连，X轴主动轮5.2与X轴从动轮5.3之间通过X轴同步齿带5.5相连，X轴同步齿带5.5中间设置有与其直线啮合配合的吊挂座5.6，吊挂座5.6上安装有Y轴支撑架5.7，Y轴支撑架5.7上设置有Y轴主动轮5.8和Y轴从动轮5.9，Y轴主动轮5.8与Y轴步进电机5.10相连，Y轴主动轮5.8与Y轴从动轮5.9之间通过Y轴同步齿带5.11相连，Y轴同步齿带5.11中间设置有与其直线啮合配合的针头气缸5.12，针头气缸5.12的活塞杆端设置有刻痕针头5.13，针头气缸5.12的进气端与气动系统10相连。

气动刻痕工作头5两侧分别设置压紧气缸7，压紧气缸7的缸体端7.4固定在刻痕机座8底板上，压紧气缸7的活塞杆端7.1安装有压紧板7.3，压紧板7.3上设置弹性压片7.2，弹性压片7.2在气动刻痕工作头5随升降台6.1下移时与硅钢片9抵接配合，从而在刻痕过程中将硅钢片9牢固压紧。压紧板7.3为L型压紧板，其水平布置的宽面通过螺栓组件与活塞杆端7.1相连，其垂直布置的窄面下端与弹性压片7.2粘接，两块L型压紧板的窄面靠近气动刻痕工作头5布置。两块L型压紧板的窄面之间的距离为10～20mm。

气动系统10包括空气压缩机10.1、气动二联件10.2和高频控制阀10.3，空气压缩机10.1的高压气体输出端依次通过气动二联件10.2和高频控制阀10.3与针头气缸5.12的进气端相连。气动二联件10.2的减压阀对从空气压缩机10.1输入的气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤。气动二联件10.2的过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水分子，避免水分子随气体进入装置。

本发明工作时，以尺寸规格为100*500mm硅钢片9样品刻痕为例。将刻痕线数量、长度、角度、间距等信息输入计算机，计算机通过驱动控制系统和气动系统10，来控制气动刻痕工作头5、底座1以及气动刻痕工作头5上刻痕针头5.13的高频振动，从而在硅钢片9上按工艺要求形成刻痕线。

在样品台3上阵列式布置5行2列共10块直径为10mm的永磁铁，硅钢片9在磁力作用下固定在样品台3上。样品台3由伺服电机4驱动在底座1的直线导轨2上移动，刻痕过程中样品台3移动距离即为线间距。气动刻痕工作头5上有两组压紧气缸7，两个压紧气缸7底部的弹性压片7.2平行布置，距离10mm。刻痕针头5.13两个弹性压片7.2之间。开机时，刻痕针头5.13回原点，样品台3回原点，压紧气缸7提起；上硅钢片9，按刻痕按钮，压紧气缸7底部压紧板7.3下的弹性压片7.2压紧硅钢片9。气动刻痕工作头5启动，刻痕针头5.13在指定位置刻痕，完成一条刻痕线后，刻痕针头5.13回原点，压紧气缸7松开，样品台3移动一段距离等于设定的线间距，压紧气缸7再次压紧，刻痕针头5.13再启动刻痕，完成第二条刻痕线，刻痕针头5.13回原点，压紧气缸7松开，重复上述过程完成刻痕。需要调节刻痕针头5.13与硅钢片9间的距离时，旋转操作手柄6.2，操作手柄6.2带动升降台6.1上下移动，直至刻痕针头5.13与硅钢片9之间达到合适距离。需要调节刻痕速度时，控制刻痕工作头5上的Y轴步进电机5.10驱动Y轴主动轮5.8带动Y轴同步齿带5.11竖直运动的速度，从而连接在Y轴同步齿带5.11上的针头气缸5.12以相应速度刻痕。需要调节刻痕针头5.13在X轴方向上的位置时，控制X轴步进电机5.4驱动Y轴主动轮5.8带动X轴同步齿带5.5在X轴方向上移动，从而实现刻痕针头5.13在X轴方向上的位置调节。

Claims (9)

1.一种硅钢气动冲压式刻痕装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上布置有直线导轨(2)，所述直线导轨(2)上设置有用于放置硅钢片(9)的样品台(3)，所述样品台(3)的一侧与安装在底座(1)上的水平丝杆机构(11)相连，所述水平丝杆机构(11)与伺服电机(4)相连，从而驱动样品台(3)及其上的硅钢片(9)在直线导轨(2)上水平滑动；

所述样品台(3)一侧的底座(1)上设置有升降立柱(6)，所述升降立柱(6)上设置有升降台(6.1)，所述升降台(6.1)与设置在升降立柱(6)内部的垂直丝杆机构相连，所述垂直丝杆机构的操作手柄(6.2)位于升降立柱(6)顶部，通过操作手柄(6.2)旋转即可带动升降台(6.1)作上下运动；

所述升降台(6.1)下面设置有刻痕机座(8)，所述刻痕机座(8)底部设置有气动刻痕工作头(5)，所述气动刻痕工作头(5)位于样品台(3)上方并对准其上的硅钢片(9)，所述气动刻痕工作头(5)的控制端与气动系统(10)相连，从而驱动气动刻痕工作头(5)在硅钢片(9)表面进行高频振动刻痕；

所述气动刻痕工作头(5)两侧分别设置压紧气缸(7)，所述压紧气缸(7)的缸体端(7.4)固定在刻痕机座(8)底板上，所述压紧气缸(7)的活塞杆端(7.1)安装有压紧板(7.3)，所述压紧板(7.3)上设置弹性压片(7.2)，所述弹性压片(7.2)在气动刻痕工作头(5)随升降台(6.1)下移时与硅钢片(9)抵接配合，从而在刻痕过程中将硅钢片(9)牢固压紧。

2.根据权利要求1所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述样品台(3)表面设置有用于嵌置固定硅钢片(9)的样品安装槽。

3.根据权利要求2所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述样品台(3)内部对应于样品安装槽下方阵列设置有用于吸附硅钢片(9)的嵌入式永磁体。

4.根据权利要求1或2或3所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述压紧板(7.3)为L型压紧板，其水平布置的宽面通过螺栓组件与活塞杆端(7.1)相连，其垂直布置的窄面下端与弹性压片(7.2)粘接，两块L型压紧板的窄面靠近气动刻痕工作头(5)布置。

5.根据权利要求4所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述两块L型压紧板的窄面之间的距离为10～20mm。

6.根据权利要求1或2或3所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述升降台(6.1)上设置有一对弧形导向槽(6.3)，所述刻痕机座(8)通过贯穿弧形导向槽(6.3)的定位螺钉(6.4)与升降台(6.1)固定连接，从而可方便地调节刻痕机座(8)的水平偏转角度。

7.根据权利要求1或2或3所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述气动刻痕工作头(5)包括设置在刻痕机座(8)底部的X轴支撑架(5.1)，所述X轴支撑架(5.1)上设置有X轴主动轮(5.2)和X轴从动轮(5.3)，所述X轴主动轮(5.2)与X轴步进电机(5.4)相连，所述X轴主动轮(5.2)与X轴从动轮(5.3)之间通过X轴同步齿带(5.5)相连，所述X轴同步齿带(5.5)中间设置有与其直线啮合配合的吊挂座(5.6)，所述吊挂座(5.6)上安装有Y轴支撑架(5.7)，所述Y轴支撑架(5.7)上设置有Y轴主动轮(5.8)和Y轴从动轮(5.9)，所述Y轴主动轮(5.8)与Y轴步进电机(5.10)相连，所述Y轴主动轮(5.8)与Y轴从动轮(5.9)之间通过Y轴同步齿带(5.11)相连，所述Y轴同步齿带(5.11)中间设置有与其直线啮合配合的针头气缸(5.12)，所述针头气缸(5.12)的活塞杆端设置有刻痕针头(5.13)，所述针头气缸(5.12)的进气端与气动系统(10)相连。

8.根据权利要求1或2或3所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述气动系统(10)包括空气压缩机(10.1)、气动二联件(10.2)和高频控制阀(10.3)，所述空气压缩机(10.1)的高压气体输出端依次通过气动二联件(10.2)和高频控制阀(10.3)与气动刻痕工作头(5)的控制端相连。

9.根据权利要求7所述的硅钢气动冲压式刻痕装置，其特征在于：所述气动系统(10)包括空气压缩机(10.1)、气动二联件(10.2)和高频控制阀(10.3)，所述空气压缩机(10.1)的高压气体输出端依次通过气动二联件(10.2)和高频控制阀(10.3)与针头气缸(5.12)的进气端相连。