CN111940586A - 电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置及调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置及调控方法，该装置由压边圈导向装置、电磁力产生装置、压边圈、电控永磁吸盘组成；根据盒型件的变形特征，在长边、短边、圆角区布置最大压边力各异的分布式压边装置，匹配了各区域产生的压边力与压边力需求，降低了形工艺的能耗；引入电控永磁吸盘，调配分布式压边装置的电磁力，提升各压边块的电磁力产生能力的同时，降低分布式压边块的能量消耗；为分布式压边圈配置位移传感器，通过监测各分布式压边位置板料厚度的变化，实时调整分布式压边块的压边力，实现冲压过程分布式压边力加载路径的精确可控，进而提高冲压件的成形质量。

Description

电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置及调控 方法

技术领域

本发明涉及一种冲压工艺的压边系统及控制方法，一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置及调控方法。

背景技术

冲压加工是金属塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成形工程技术，其中包括落料、拉深、弯曲、冲孔、翻边、整形等基本工序，具有生产效率高、产生废料少、表面粗糙度低、能加工形状复杂零部件的优点。

压边力是冲压成形中的重要的参数之一，对压边力的适当调控有利于提升冲压件的成形质量、改善冲压过程板料的应力应变状态，进而影响其成形极限、破裂、起皱及回弹状态。当前的压边力控制方式主要包括单区域压边力曲线随时间变化的优化、周向分块压边力随位置变化的压边力控制方法，但是未考虑到冲压过程中压边力的改变，也未考虑压边力的改变对装备能耗的影响，导致装备能耗的升高。

当前单一的电磁式分布压边方法提供的压边力大小有限，甚至不能够满足一些特殊材料盒型件冲压时的压边力需求。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式的压边力产生装置及调控方法，通过分布式电永磁复合的方式控制压边力的加载，进一步分散冲压过程压边力的加载位置，实时监测并调整各位置压边力的加载路径，从而实现更高质量、更低能耗的冲压过程。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置的特点在于：

在装置底部水平放置一电控永磁吸盘，所述电控永磁吸盘为盒形，其在中心设置有盒形的凹模；所述凹模的上表面与所述电控永磁吸盘的上表面平齐，所述电控永磁吸盘的上表面为磁力产生面，且在上表面上放置有板料；所述板料的正上方是压边圈；所述压边圈沿周向逆时针方向划分为8个区域，包括圆角区域4个，长边区域和短边区域各2个；其中，第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,8},j∈{1，2,…,k}；从而得到由第一圆角压边块组成的第1圆角区域；由第一长边压边块组成的第2长边区域；由第二圆角压边块组成的第3圆角区域；由第一短边压边块组成的第4短边区域；由第三圆角压边块组成的第5圆角区域；由第二长边压边块组成的第6长边区域；由第四圆角压边块组成的第7圆角区域；由第二短边压边块组成的第8短边区域；

所述压边圈与所述电控永磁吸盘的上表面平行，且所述压边圈的运动方向与所述电控永磁吸盘的上表面垂直；

所述压边圈中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与所述凹模的形状相同；

所述压边圈最外缘的所有压边块U_1k,U_2k,…,U_ik,…,U_mk所围成的形状与所述板料的外周形状相同；

第i个区域的第j个压边块U_ij的正上方设置有对应的压边块导向装置D_ij，且所有k个压边块导向装置构成第i个区域的压边圈导向装置；

所述压边块导向装置D_ij的连接杆穿过所述压边圈导向装置并与所述压边圈固定装置相连，所述压边圈固定装置的中心部位设有凸模；

在所述第i个区域中，所述第j个压边块U_ij的压边块导向装置D_ij与第j-1个压边块U_i(j-1)的压边块导向装置D_i(j-1)的径向之间的长度差为d；

所述压边块导向装置D_ij与所述压边块导向装置D_i(j-1)的的垂直高度差为L，其中，L为所述板料厚度的1～2倍；

所述第i个区域的压边圈导向装置的末端固定有第i个电磁力产生装置；所有电磁力产生装置的下表面位于同一平面α上，且所述平面α与所述压边圈的下表面平行；

所述第i个电磁力产生装置工作时通电并与所述电控永磁吸盘产生相互作用力且方向垂直于所述平面α；

所有圆角压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘的圆角部分正上方；

所有长边压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘的长边部分正上方；

所有短边压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘的短边部分正上方；

所述第i个电磁力产生装置包含k个电磁铁，并在第i个区域中沿径向向外排列，分为C_i1,C_i2…,C_ij,…,C_ik，C_ij,表示第i个区域中第j个电磁铁；

第i个区域的第1个压边块U_i1与相应的压边块导向装置D_i1相连，所述压边块导向装置D_i1的尾部连接第i个区域中第k个电磁铁C_ik；

所述第i个区域的第j个压边块U_ij与相应的压边块导向装置D_ij相连，所述压边块导向装置D_ij的尾部连接第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)；

所述第i个区域的第k个压边块U_ik与相应的压边块导向装置D_ik相连，所述压边块导向装置D_ik的尾部连接第i个区域的第1个电磁铁C_i1；

在所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上接有位移传感器，且所述位移传感器的另一端固定在所述压边圈固定装置上，所述位移传感器垂直于所述平面α。

本发明所述的压边力产生装置的调控方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，所述压边圈固定装置向下移动，并带动所有压边圈导向装置、所述压边圈和所有电磁力产生装置一起下移；

步骤2：当所述压边圈接触到所述板料时，所述压边圈固定装置带动所有压边圈导向装置、所述压边圈和所有电磁力产生装置一起停止运动的当前时刻，所述平面α与所述电控永磁吸盘的距离l等于所述板料厚度的0.5至0.8倍；

所述电控永磁吸盘通一正向脉冲电流，所有电磁力产生装置通一正向电流，并与所述电控永磁吸盘产生电磁吸力，从而给所述板料加载压边力；

步骤3：所有电磁力产生装置的加载电流逐渐增大，并与所述电控永磁吸盘产生的电磁吸力也逐渐增大，从而提供的压边力也增大；当压边力达到预定值时，所述凸模向下运动，开始冲压过程；

步骤4：在冲压过程中，所述位移传感器监测所有电磁铁的位移变化；其中，在所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)发生位移时，对第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上加载的电流大小进行调整，使得在冲压过程中所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)给所述第i个区域的第j个压边块U_ij提供的压边力为给定的加载路径；

步骤5：在冲压过程结束时，所有电磁力产生装置加载反向电流，并与所述电控永磁吸盘产生电磁斥力，从而松开所述板料；

所述电控永磁吸盘通一反向脉冲电流，所有电磁力产生装置断电，使两者之间的电磁力消失；

所述压边圈固定装置带动所有压边圈导向装置、所述压边圈和所有电磁力产生装置一起上移，从而完成整个冲压过程。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、与传统通过液压缸回路产生压边力的方式相比，本发明根据盒型件的变形特征，在长边、短边、圆角区布置最大压边力各异的分布式压边装置，实现了各区域产生的压边力与压边力需求的匹配，从而降低了成产工艺的能耗；

2、与电磁分布式压边力产生装置相比，本发明引入电控永磁吸盘，调制分布式压边装置的电磁力，提升了各压边块的电磁力产生能力的同时，进一步降低了分布式压边块的能量消耗；

3、本发明通过监测各分布式压边位置板料厚度的变化，实时调整分布式压边块的电磁力，实现了冲压过程分布式压边力加载路径的精确可控，从而提高了冲压件的成型质量；

附图说明

图1为本发明电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置；

图2为图1中区域G的放大图；

图3为本发明的压边圈结构图；

图4为本发明压边圈结构的区域划分图；

图5为图4中区域1的圆角压边圈的放大图；

图6为图4中区域2的长边压边圈的放大图；

图7为图4中区域4的短边压边圈的放大图。

图中标号：1凸模；2压边圈固定装置；3电磁力产生装置；4压边圈；4-1-1第一圆角压边块；4-2-1第一长边压边块；4-1-2第二圆角压边块；4-3-1第一短边压边块；4-1-3第三圆角压边块；4-2-2第二长边压边块；4-1-4第四圆角压边块；4-3-2第二短边压边块；5压边圈导向装置；6板料；7电控永磁吸盘；8凹模；9位移传感器；D_i1第i个区域中第1个压边块导向装置；D_ij第i个区域中第j个压边块导向装置；U_ij第i个区域中第j个压边块；C_1(k-j+1)第1个区域中第k-j+1个电磁铁；C_i(k-j+1)第i个区域中第k-j+1个电磁铁；

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置及调控方法是在底部水平放置一电控永磁吸盘7，电控永磁吸盘7为盒形，其在中心设置有盒形的凹模8；凹模8的上表面与电控永磁吸盘7的上表面平齐，电控永磁吸盘7的上表面为磁力产生面，且在上表面上放置有板料6；板料6的正上方是压边圈4；如图4所示，压边圈4沿周向逆时针方向划分为8个区域，包括圆角区域4个，长边区域和短边区域各2个；其中，第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,8},j∈{1，2,…,k}；如图3所示，由第一圆角压边块4-1-1组成的第1圆角区域，详细结构如图5所示；由第一长边压边块4-2-1组成的第2长边区域，详细结构如图6所示；由第二圆角压边块4-1-2组成的第3圆角区域；由第一短边压边块4-3-1组成的第4短边区域，详细结构如图7所示；由第三圆角压边块4-1-3组成的第5圆角区域；由第二长边压边块4-2-2组成的第6长边区域；由第四圆角压边块4-1-4组成的第7圆角区域；由第二短边压边块4-3-2组成的第8短边区域；

压边圈4与电控永磁吸盘7的上表面平行，且压边圈4的运动方向与电控永磁吸盘7的上表面垂直；

压边圈4中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与凹模8的形状相同；

压边圈4最外缘的所有压边块U_1k,U_2k,…,U_ik,…,U_mk所围成的形状与板料6的外周形状相同；

第i个区域的第j个压边块U_ij的正上方设置有对应的压边块导向装置D_ij，且所有k个压边块导向装置构成第i个区域的压边圈导向装置5；

压边块导向装置D_ij的连接杆穿过压边圈导向装置5并与压边圈固定装置2相连，此处各连接杆与所穿过的压边圈导向装置5之间存在缝隙，以保证连接杆与压边圈导向装置5的相对运动；压边圈固定装置2的中心部位设有凸模1；

如图2所示，在第i个区域中，第j个压边块U_ij的压边块导向装置D_ij与第j-1个压边块U_i(j-1)的压边块导向装置D_i(j-1)的径向之间的长度差为d；

压边块导向装置D_ij与压边块导向装置D_i(j-1)的的垂直高度差为L，其中，L为板料6厚度的1～2倍；

第i个区域的压边圈导向装置5的末端固定有第i个电磁力产生装置3；所有电磁力产生装置的下表面位于同一平面α上，且平面α与压边圈4的下表面平行；

第i个电磁力产生装置3工作时通电并与电控永磁吸盘7产生相互作用力且方向垂直于平面α；

所有圆角压边块对应的压边力产生装置布置在电控永磁吸盘7的圆角部分正上方；

所有长边压边块对应的压边力产生装置布置在电控永磁吸盘7的长边部分正上方；

所有短边压边块对应的压边力产生装置布置在电控永磁吸盘7的短边部分正上方；

如图3所示，第i个电磁力产生装置3包含k个电磁铁，并在第i个区域中沿径向向外排列，分为C_i1,C_i2…,C_ij,…,C_ik，C_ij,表示第i个区域中第j个电磁铁；

第i个区域的第1个压边块U_i1与相应的压边块导向装置D_i1相连，压边块导向装置D_i1的尾部连接第i个区域中第k个电磁铁C_ik；

第i个区域的第j个压边块U_ij与相应的压边块导向装置D_ij相连，压边块导向装置D_ij的尾部连接第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)；

第i个区域的第k个压边块U_ik与相应的压边块导向装置D_ik相连，压边块导向装置D_ik的尾部连接第i个区域的第1个电磁铁C_i1；

在第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上接有位移传感器9，且位移传感器9的另一端固定在压边圈固定装置2上，位移传感器9垂直于平面α。

本实施例中，一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力的调控方法是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，压边圈固定装置2向下移动，并带动所有压边圈导向装置、压边圈4和所有电磁力产生装置一起下移；

步骤2：当压边圈4接触到板料6时，压边圈固定装置2带动所有压边圈导向装置、压边圈4和所有电磁力产生装置一起停止运动的当前时刻，平面α与电控永磁吸盘7的距离l等于板料厚度的0.5至0.8倍；此处若l过大，会大大降低电磁力的大小，导致提供的压边力不足，且电磁力不容易计算，电磁力的调控会变得极为复杂；若l过小，板料减薄后电磁力产生装置3会与电控永磁吸盘7接触，从而影响压边力的加载；

电控永磁吸盘7通一正向脉冲电流，所有电磁力产生装置通一正向电流，并与电控永磁吸盘7产生电磁吸力，从而给板料6加载压边力；

步骤3：所有电磁力产生装置的加载电流逐渐增大，并与电控永磁吸盘7产生的电磁吸力也逐渐增大，从而提供的压边力也增大；当压边力达到预定值时，凸模1向下运动，开始冲压过程；

步骤4：在冲压过程中，位移传感器9监测所有电磁铁的位移变化；其中，在第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)发生位移时，对第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上加载的电流大小进行调整，使得在冲压过程中第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)给第i个区域的第j个压边块U_ij提供的压边力为给定的加载路径；

步骤5：在冲压过程结束时，所有电磁力产生装置加载反向电流，并与电控永磁吸盘7产生电磁斥力，从而松开板料6；

电控永磁吸盘7通一反向脉冲电流，所有电磁力产生装置3断电，使两者之间的电磁力消失；

压边圈固定装置2带动所有压边圈导向装置、压边圈4和所有电磁力产生装置一起上移，从而完成整个冲压过程。

综上所述，该装置根据盒型件的变形特征，在长边、短边、圆角区布置最大压边力各异的分布式压边装置，匹配了各区域产生的压边力与压边力需求，降低了形工艺的能耗；引入电控永磁吸盘，调配分布式压边装置的电磁力，提升了各压边块的电磁力产生能力的同时，降低了分布式压边块的能量消耗；为分布式压边圈配置位移传感器，通过监测各分布式压边位置板料厚度的变化，实时调整分布式压边块的压边力，实现了冲压过程分布式压边力加载路径的精确可控，进而提高了冲压件的成形质量。

Claims (2)

1.一种电永磁复合的盒型冲压工艺分布式压边力产生装置，其特征在于：

在装置底部水平放置一电控永磁吸盘(7)，所述电控永磁吸盘(7)为盒形，其在中心设置有盒形的凹模(8)；所述凹模(8)的上表面与所述电控永磁吸盘(7)的上表面平齐，所述电控永磁吸盘(7)的上表面为磁力产生面，且在上表面上放置有板料(6)；所述板料(6)的正上方是压边圈(4)；所述压边圈(4)沿周向逆时针方向划分为8个区域，包括圆角区域4个，长边区域和短边区域各2个；其中，第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,8},j∈{1，2,…,k}；从而得到由第一圆角压边块(4-1-1)组成的第1圆角区域；由第一长边压边块(4-2-1)组成的第2长边区域；由第二圆角压边块(4-1-2)组成的第3圆角区域；由第一短边压边块(4-3-1)组成的第4短边区域；由第三圆角压边块(4-1-3)组成的第5圆角区域；由第二长边压边块(4-2-2)组成的第6长边区域；由第四圆角压边块(4-1-4)组成的第7圆角区域；由第二短边压边块(4-3-2)组成的第8短边区域；

所述压边圈(4)与所述电控永磁吸盘(7)的上表面平行，且所述压边圈(4)的运动方向与所述电控永磁吸盘(7)的上表面垂直；

所述压边圈(4)中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与所述凹模(8)的形状相同；

所述压边圈(4)最外缘的所有压边块U_1k,U_2k,…,U_ik,…,U_mk所围成的形状与所述板料(6)的外周形状相同；

第i个区域的第j个压边块U_ij的正上方设置有对应的压边块导向装置D_ij，且所有k个压边块导向装置构成第i个区域的压边圈导向装置(5)；

所述压边块导向装置D_ij的连接杆穿过所述压边圈导向装置(5)并与所述压边圈固定装置(2)相连，所述压边圈固定装置(2)的中心部位设有凸模(1)；

在所述第i个区域中，所述第j个压边块U_ij的压边块导向装置D_ij与第j-1个压边块U_i(j-1)的压边块导向装置D_i(j-1)的径向之间的长度差为d；

所述压边块导向装置D_ij与所述压边块导向装置D_i(j-1)的的垂直高度差为L，其中，L为所述板料(6)厚度的1～2倍；

所述第i个区域的压边圈导向装置(5)的末端固定有第i个电磁力产生装置(3)；所有电磁力产生装置的下表面位于同一平面α上，且所述平面α与所述压边圈(4)的下表面平行；

所述第i个电磁力产生装置(3)工作时通电并与所述电控永磁吸盘(7)产生相互作用力且方向垂直于所述平面α；

所有圆角压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘(7)的圆角部分正上方；

所有长边压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘(7)的长边部分正上方；

所有短边压边块对应的电磁力产生装置布置在所述电控永磁吸盘(7)的短边部分正上方；

所述第i个电磁力产生装置(3)包含k个电磁铁，并在第i个区域中沿径向向外排列，分为C_i1,C_i2…,C_ij,…,C_ik，C_ij,表示第i个区域中第j个电磁铁；

第i个区域的第1个压边块U_i1与相应的压边块导向装置D_i1相连，所述压边块导向装置D_i1的尾部连接第i个区域中第k个电磁铁C_ik；

所述第i个区域的第j个压边块U_ij与相应的压边块导向装置D_ij相连，所述压边块导向装置D_ij的尾部连接第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)；

所述第i个区域的第k个压边块U_ik与相应的压边块导向装置D_ik相连，所述压边块导向装置D_ik的尾部连接第i个区域的第1个电磁铁C_i1；

在所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上接有位移传感器(9)，且所述位移传感器(9)的另一端固定在所述压边圈固定装置(2)上，所述位移传感器(9)垂直于所述平面α。

2.根据权利要求1所述的压边力产生装置的调控方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，所述压边圈固定装置(2)向下移动，并带动所有压边圈导向装置、所述压边圈(4)和所有电磁力产生装置一起下移；

步骤2：当所述压边圈(4)接触到所述板料(6)时，所述压边圈固定装置(2)带动所有压边圈导向装置、所述压边圈(4)和所有电磁力产生装置一起停止运动的当前时刻，所述平面α与所述电控永磁吸盘(7)的距离l等于所述板料厚度的0.5至0.8倍；

所述电控永磁吸盘(7)通一正向脉冲电流，所有电磁力产生装置通一正向电流，并与所述电控永磁吸盘(7)产生电磁吸力，从而给所述板料(6)加载压边力；

步骤3：所有电磁力产生装置的加载电流逐渐增大，并与所述电控永磁吸盘(7)产生的电磁吸力也逐渐增大，从而提供的压边力也增大；当压边力达到预定值时，所述凸模(1)向下运动，开始冲压过程；

步骤4：在冲压过程中，所述位移传感器(9)监测所有电磁铁的位移变化；其中，在所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)发生位移时，对第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)上加载的电流大小进行调整，使得在冲压过程中所述第i个区域中第k-j+1个电磁铁C_i(k-j+1)给所述第i个区域的第j个压边块U_ij提供的压边力为给定的加载路径；

步骤5：在冲压过程结束时，所有电磁力产生装置加载反向电流，并与所述电控永磁吸盘(7)产生电磁斥力，从而松开所述板料(6)；

所述电控永磁吸盘(7)通一反向脉冲电流，所有电磁力产生装置(3)断电，使两者之间的电磁力消失；

所述压边圈固定装置(2)带动所有压边圈导向装置、所述压边圈(4)和所有电磁力产生装置一起上移，从而完成整个冲压过程。

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