CN105750614A - 一种脉冲电磁剪切方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲电磁剪切方法及装置，所述方法为：将金属工件置于上刀片与下刀片之间，以脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下刀片运动，上刀片与下刀片协作完成金属工件剪切。所述装置包括上刀片、下刀片和脉冲磁力产生机构，下刀片用于放置金属工件，所述脉冲磁力产生机构用于产生脉冲电磁力，以该脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下导片运动，上刀片与下刀片协作完成金属工件剪切。本发明扩展电磁切割的应用领域，有效地防止剪切工件完毕后出现卷边、毛边以及褶皱等缺陷，并且能够有效地降低对机械支撑结构强度的需求。

Description

一种脉冲电磁剪切方法及装置

技术领域

本发明涉及剪切技术领域，具体涉及一种脉冲电磁剪切方法及装置。

背景技术

在传统的金属切割，塑料切割等领域，剪切机被广泛地使用。在剪切过程中，剪切机需要产生巨大的驱动力，来推动刀片切割工件。这样驱动力的最大值也被叫做最大剪切力，是衡量一台剪切机剪切能力的重要指标，同时一台剪切机的机械结构也要根据它能产生的最大剪切力来进行优化设计。

现有剪切机的剪切驱动力，绝大部分首先由电动机或者人力等产生初级驱动力，再通过液压装置、齿轮皮带链条等机械传动装置或者气动装置等进行传动，最终施加在剪切机的刀片上。现有剪切机提高最大剪切力的方法有提高产生初级驱动力电动机的功率，提高液压装置的压力放大倍数等。

现有剪切机的刀片移动速度绝大多数小于1米每秒，某些剪切机由于剪切时机械参数选择不合理，比如上下刀片的剪切间隙过大，很容易造成工件剪切完后出现卷边、毛边以及褶皱等剪切缺陷。

采用电磁力作为剪切机驱动力的剪切机称为电磁剪切机，现有的对于电磁剪切机技术的研究仍处于探索阶段，世界范围内所有关于电磁剪切机的公开论文和专利中主要有以下几个方面：

1.脉冲线圈对金属薄板放电，所产生的电磁力将薄板压向剪切模，最终在薄板上切割出一定的形状。严格来说，该技术属于金属薄板成形技术。当放电过大，其才会完全切断。这种技术的缺陷是要求被剪切的对象为金属材质薄板，须具有很大的电导率，厚度稍大或替换为环氧等非导电材料就不能进行切割。而且，在切割边缘会出现褶皱，不能满足工艺要求。

2.通过给电磁铁通电吸引铁心，产生的电磁力通过活塞装置传动给刀片，切割工件。这种电磁剪切机的剪切力来源于电磁铁吸引铁心，随着剪切力需求的提高，电磁铁产生的磁场增大到一定程度时铁心饱和，此后的能量利用率会大大降低，所以此种电磁剪切机只能应用于切割小型工件等对剪切力要求较小的情况。

上述现有的电磁剪切技术均只适用于对剪切力需求较小的小型工件剪切，但对于大型工件(尤其是大型金属工件)的切割领域，譬如钢铁厂对中厚钢板的切割，钢板的厚度可达50mm，需要的剪切力高达几百吨甚至上千吨，现有的电磁剪切技术无法满足这样的条件。而现有的传统利用液压作为剪切驱动力的剪切机，由于剪切间隙不适合等原因，很容易造成工件完毕后出现卷边、毛边以及褶皱的等缺陷。

发明内容

针对现有电磁剪切方法的局限性，本发明提出了一种脉冲电磁剪切方法及装置，有效地防止剪切工件完毕后出现卷边、毛边以及褶皱的问题，并且能够降低对机械支撑结构强度的需求，尤其适用于大厚度金属工件的剪切。

一种脉冲电磁剪切方法，具体为：将工件置于上刀片与下刀片之间，以脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下刀片运动，上刀片与下刀片协作完成金属工件剪切。

进一步地，工件置于下刀片之上，上刀片与工件之间预先持有间距，利用脉冲电磁力推动上刀片加速运动，上刀片具备动能后冲剪金属工件。

进一步地，工件置于下刀片之上，上刀片紧贴金属工件，利用脉冲电磁力推动上刀片直接压剪金属工件。

一种脉冲电磁剪切装置，包括上刀片和下刀片，还包括脉冲磁力产生机构，所述脉冲磁力产生机构用于产生脉冲电磁力，以该脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下刀片运动，上刀片与下刀片协作完成工件剪切。

进一步地，所述脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、脉冲线圈和驱动板，脉冲电源电连接脉冲线圈，脉冲线圈与驱动板端面紧贴，脉冲电源用于对脉冲线圈放电，脉冲线圈放电时产生脉冲磁场，脉冲磁场在驱动板上产生感应涡流，感应涡流与脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力；或者

所述脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、第一脉冲线圈和第二脉冲线圈，脉冲电源电连接第一脉冲线圈以及第二脉冲线圈，两脉冲线圈端面紧贴；脉冲电源用于对两个脉冲线圈放电；两脉冲线圈在放电时产生相反的脉冲磁场，进而产生脉冲电磁力。

进一步地，所述驱动板或第二脉冲线圈连接上刀片。

进一步地，还包括底座、初始位置固定结构、刀片下落缓冲结构和纵向滑动导轨，底座用于支撑下刀片和纵向滑动导轨；纵向滑动导轨安装于底座上，用于上刀片在下落过程中的导向；初始位置固定结构安装于纵向滑动导轨上，用于固定驱动板或第二线圈的初始位置，使其在脉冲充电前紧贴脉冲线圈，并在充电开始后释放驱动板或第二线圈，驱动板或第二线圈带动上刀片沿纵向滑动导轨竖直下落；刀片下落缓冲结构固定于底座上且位于上刀片的正下方，用于缓冲上刀片与底座之间的碰撞。

进一步地，所述驱动板或第二脉冲线圈连接上刀片，上刀片通过机械传动机构连接下刀片，上刀片与下刀片形成V字形。

进一步地，还包括底座、初始位置固定结构和刀片下落缓冲结构，底座用于支撑下刀片；初始位置固定结构用于固定驱动板或第二线圈的初始位置，使其在脉冲充电前紧贴脉冲线圈，并在充电开始后释放驱动板或第二脉冲线圈，驱动板通过机械传动机构带动上刀片逆时针转动；刀片下落缓冲结构固定于机械传动机构的下端面，用于缓冲上刀片与底座之间的碰撞。

本发明的技术效果体现在：

1、本发明中的脉冲电磁剪切方法，能够扩展电磁切割的应用领域。现有的电磁剪切技术一般只适用于金属材料的切割，而本发明的脉冲电磁剪切方法对材料的电导率没有任何要求，适合任何材质工件的剪切，特别适用于大型金属工件的剪切。

2、本发明中的脉冲电磁剪切方法，能够提高工件的剪切质量。本发明中的剪切刀片的最高速度达几十米每秒或者更高，能有效地防止剪切工件完毕后出现卷边、毛边以及褶皱等缺陷。

3、本发明中的脉冲电磁剪切方法，能够有效地降低对机械支撑结构强度的需求。对于传统的剪切方法，剪切机械支撑结构所受到的最大作用力，是刀片切入工件过程中所受到的最大抗剪力。而本发明的冲剪模式中，在刀片碰到工件之前，刀片及其连接结构已经具有很大的动能，这样的动能是其受到脉冲电磁力的作用加速运动，经过一定空间积累而成的。应用本发明的剪切机械支撑结构所受到的最大作用力，是脉冲线圈所产生的最大脉冲电磁力。通过对脉冲磁体放电参数的设置，这样的最大脉冲电磁力比最大抗剪力要小很多，所以能有效地降低对机械结构强度的需求。

附图说明

图1为本发明电磁驱动力的产生、电磁力的机械传动以及剪切过程示意图；其中，图1(a)为脉冲线圈对驱动板放电产生电磁力的过程示意图；图1(b)为两个轴向磁场极性相反的脉冲线圈放电产生电磁力的过程示意图；图1(c)为通过机械传动结构将脉冲电磁力传递到剪切刀片的过程示意图；图1(d)为剪切刀片受到电磁力的驱使剪切工件的过程示意图；

图2为本发明一种龙门式电磁剪切机的结构示意图；

图3为本发明一种鳄鱼式电磁剪切机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

第一实施例

本发明脉冲电磁剪切方法中的电磁驱动力产生、电磁力的机械传递以及剪切过程如图1所示，其中图1(a)和图1(b)说明了脉冲电磁力的两种产生方式。

图1(a)所示的脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、脉冲线圈1-1和驱动板1-2。将脉冲线圈1-1固定，通过脉冲电源对脉冲线圈1-1放电，脉冲线圈1-1产生脉冲磁场，在驱动板1-2上产生感应涡流，脉冲磁场和感应涡流相互作用产生脉冲电磁力F，推动驱动板1-2带动机械传动结构1-3运动。

图1(b)所示的脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、第一脉冲线圈1-1和第二脉冲线圈1-4，脉冲电源电连接第一脉冲线圈1-1和第二脉冲线圈1-4，两脉冲线圈端面紧贴。将第一脉冲线圈1-1固定，通过脉冲电源同时对第一脉冲线圈1-1和第二脉冲线圈1-4放电，使他们产生轴向极性相反的脉冲磁场，使两个脉冲线圈相互排斥产生脉冲电磁力F’，推动第二脉冲线圈1-4带动机械传动结构1-3运动。

图1(c)为剪切力F(F’)通过机械传动结构1-3传递到剪切机的上刀片1-5，其中本发明的机械传动结构1-3是多种样式的，可以是但不局限于龙门式剪切机的导轨式传动结构，或者是鳄鱼式剪切机的杠杆式传动结构。这里要说明的是，由于机械传动结构1-3的机械损耗或者本身具有一定的放大缩小倍数，此时的作用力F(F’)与图1(a)和图1(b)中的电磁剪切力大小方向不一定相同。

图1(d)为脉冲电磁力F(F’)作用在剪切机上刀片1-5上，驱动其剪切工件1-7的过程。其中1-9为压边装置，防止工件在剪切的过程中翘起。1-6为剪切机的下刀片，固定在剪切机的底座1-8上。

第二实施例

图2为一种龙门式电磁剪切机结构示意图，其主要部件包括：脉冲线圈2-1，驱动板2-2，机械传动结构2-3，上刀片2-4，下刀片2-5，底座，初始位置固定结构2-7，刀片下落缓冲结构2-8，以及外部支撑框架2-9。其中机械传动结构包括驱动板-上刀片连接装置2-3以及滑动导轨2-6。驱动板2-2通过连接装置2-3连接上刀片2-4，上刀片2-4平行于下刀片2-5。其中，底座用于支撑下刀片和纵向滑动导轨；纵向滑动导轨2-6安装于底座上，作用是使上刀片2-4能够在导轨方向上光滑地滑动。为了使脉冲电磁力能够最大利用，在剪切过程开始之前，需要利用初始位置固定结构2-7来固定驱动板2-2，使驱动板2-2的端面紧贴脉冲线圈2-1。驱动板初始位置固定结构2-7为一种弹簧卡扣，在脉冲放电开始前卡住驱动板使其不下落，脉冲放电开始后卡扣松开释放驱动板，驱动板通过连接装置带动上刀片一起下落。刀片下落缓冲结构固定于底座上且位于上刀片的正下方，由于上刀片2-4在将工件剪断后还有可能具有一定的速度继续下落，这样会直接撞击在剪切机的底座上，刀片下落缓冲结构2-8能够有效地缓冲碰撞，保护刀片和底座。

第三实施例

图3为一种鳄鱼式电磁剪切机结构示意图，其主要部件包括：脉冲线圈3-1，驱动板3-2，上刀片3-3，下刀片3-4，底座3-5，上刀臂(机械传动结构)3-6，初始位置固定结构3-7，刀片下落缓冲结构3-8。驱动板3-2通过上刀臂3-6连接上刀片3-3，上刀片与下刀片形成V字形。由于脉冲电磁力的空间密度大，但是作用空间范围小，所以在这种结构中，脉冲电磁力作用在驱动板3-2上使上刀臂逆时针转动的力臂，比剪切阻力使上刀臂顺时针旋转的力臂小。初始位置固定结构3-7是一种弹簧卡扣，用来固定上刀臂3-6的初始位置，使驱动板3-2脉冲放电开始前紧贴脉冲线圈3-1，并且能在放电开始后卡扣松开释放上刀臂。由于上刀臂3-6在将工件剪断后还有可能具有一定的速度继续下落，刀片下落缓冲结构3-8能有效地缓冲上刀臂和底座之间的碰撞。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉冲电磁剪切方法，具体为：将工件置于上刀片与下刀片之间，以脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下刀片运动，上刀片与下刀片协作完成金属工件剪切。

2.根据权利要求1所述的脉冲电磁剪切方法，其特征在于，工件置于下刀片之上，上刀片与工件之间预先持有间距，利用脉冲电磁力推动上刀片加速运动，上刀片具备动能后冲剪金属工件。

3.根据权利要求1所述的脉冲电磁剪切方法，其特征在于，工件置于下刀片之上，上刀片紧贴金属工件，利用脉冲电磁力推动上刀片直接压剪金属工件。

4.一种脉冲电磁剪切装置，包括上刀片和下刀片，其特征在于，还包括脉冲磁力产生机构，所述脉冲磁力产生机构用于产生脉冲电磁力，以该脉冲电磁力作为驱动力驱动上刀片朝向下刀片运动，上刀片与下刀片协作完成工件剪切。

5.根据权利要求4所述的脉冲电磁剪切装置，其特征在于，所述脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、脉冲线圈和驱动板，脉冲电源电连接脉冲线圈，脉冲线圈与驱动板端面紧贴，脉冲电源用于对脉冲线圈放电，脉冲线圈放电时产生脉冲磁场，脉冲磁场在驱动板上产生感应涡流，感应涡流与脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力；或者，

所述脉冲磁力产生机构包括脉冲电源、第一脉冲线圈和第二脉冲线圈，脉冲电源电连接第一脉冲线圈以及第二脉冲线圈，两脉冲线圈端面紧贴；脉冲电源用于对两个脉冲线圈放电；两脉冲线圈在放电时产生相反的脉冲磁场，进而产生脉冲电磁力。

6.根据权利要求5所述的脉冲电磁剪切装置，其特征在于，所述驱动板或第二脉冲线圈连接上刀片。

7.根据权利要求6所述的脉冲电磁剪切装置，其特征在于，还包括底座、初始位置固定结构、刀片下落缓冲结构和纵向滑动导轨，底座用于支撑下刀片和纵向滑动导轨；纵向滑动导轨安装于底座上，用于上刀片在下落过程中的导向；初始位置固定结构安装于纵向滑动导轨上，用于固定驱动板或第二线圈的初始位置，使其在脉冲充电前紧贴脉冲线圈，并在充电开始后释放驱动板或第二线圈，驱动板或第二线圈带动上刀片沿纵向滑动导轨竖直下落；刀片下落缓冲结构固定于底座上且位于上刀片的正下方，用于缓冲上刀片与底座之间的碰撞。

8.根据权利要求5所述的脉冲电磁剪切装置，其特征在于，所述驱动板或第二脉冲线圈连接上刀片，上刀片通过机械传动机构连接下刀片，上刀片与下刀片形成V字形。

9.根据权利要求8所述的脉冲电磁剪切装置，其特征在于，还包括底座、初始位置固定结构和刀片下落缓冲结构，底座用于支撑下刀片；初始位置固定结构用于固定驱动板或第二线圈的初始位置，使其在脉冲充电前紧贴脉冲线圈，并在充电开始后释放驱动板或第二脉冲线圈，驱动板通过机械传动机构带动上刀片逆时针转动；刀片下落缓冲结构固定于机械传动机构的下端面，用于缓冲上刀片与底座之间的碰撞。