本發明涉及非晶合金材料塑性成形技術領域，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：

非晶合金是一類新的工程材料，此種材料具有高強度、高彈性、耐腐蝕性以及熔融狀態下可加工性等特性。非晶合金的原子結構排列并非是晶態合金的長程有序模式。非晶材料的獲得一般地通過使熔融合金以“足夠快”的冷卻速率從結晶相的融化溫度以上冷卻至非晶相的“玻璃轉化溫度”以下，從而避免合金晶體的成核和生長。早期的非晶材料的“臨界冷卻速率”是極高的。因此，常規的加工工藝并不適用于如此高的冷卻速率。因為這些非晶合金的臨界冷卻速率嚴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受到了限制。

多年來，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組成。因此，大量的研究都集中于研發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的特征在于臨界速率低至幾攝氏度/秒，這允許比之前可實現的非晶相現象有更多的處理和成形方式。

近來，已經研發出通過對非晶合金材料進行均勻加熱，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克服這些常規方法的許多局限的方法。電容器放電成形利用儲存于電容器內的電能的釋放在幾毫秒或更短的時間內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變溫度與合金的平衡熔點之間的預定“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”后進行沖裁加工的方法。

由于非晶合金優異的性能，現已用于航空航天、軍事兵器、電子機械等諸多領域，應用前景十分廣泛。然而目前其加工成形的難度在一定程度上限制了其應用的推廣，現利用在電流輔助加熱使非晶合金加熱到“處理溫度”同時結合電磁助推沖裁的方法，對非晶合金材料進行沖裁加工。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,改善非晶合金零件斷面質量。一定程度上豐富了非晶合金的加工工藝，為其更廣泛的應用于各個方面提供了更大可能。

技術實現要素：

鑒于背景技術所存在的技術問題，本發明的目的在于克服現有技術的缺點，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。

為解決上述技術問題，本發明采用了以下技術措施：

一種電流輔助電磁沖裁加工裝置，包括凸模、凹模、兩個加熱電極、凸模回復件、助推線圈組、驅動片、加熱件和電磁驅動件；所述加熱電級固定于所述凹模上，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；所述凸模回復件包括回復彈簧、導向桿和外固定框；所述導向桿穿過所述固定部固定于所述外固定框內，所述回復彈簧套設于所述導向桿上；所述驅動片固定于所述固定部上方；所述助推線圈組與所述電磁驅動件電連接；所述助推線圈組固定設置于所述外固定框內壁上且與所述驅動片相正對設置；所述成形部穿出所述外固定框以實現對待成形板料的沖裁。

作為進一步改進，所述凹模設置于所述凸模下方；所述固定部呈長方形狀，所述成形部呈圓柱狀且垂直設置于所述固定部的中心處下方。

作為進一步改進，所述導向桿的數量為四根，對稱設置于所述成形部四周；所述回復彈簧的數量為八個，分別套設在所述固定部上下方的導向桿上。

作為進一步改進，所述成形部外側進一步套設有導向用的導套；所述導套包括凸緣部和導向部；所述凸緣部與所述固定部平行設置且固定貼設于所述外固定框內壁上；所述導向部與所述成形部相平行設置且與所述成形部和所述外固定框相緊貼設置。

作為進一步改進，所述助推線圈組的數量為至少一個；所述助推線圈組包括若干個子線圈；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。

作為進一步改進，所述凹模上進一步設置有一緩沖件；所述凹模上開設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。

作為進一步改進，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螺栓固定。

作為進一步改進，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、第一電源控制開關、第一電容器控制開關、第一分壓電阻和第一電感器件；所述電磁驅動件包括第二電源、第二電容器、第二電源控制開關、第二電容器控制開關、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待成形板料對其進行加熱處理，直至待成形板料達到玻璃態待處理溫度；

s3：利用電磁驅動件放電通過所述助推線圈組產生磁場，在此磁場中所述驅動片受磁力作用驅動所述凸模高速運動對待成形板料進行沖裁加工；

s4：斷開所述加熱件電源和所述電磁驅動件電源，取出成形板料，完成沖裁成形加工。

作為進一步改進，在s3步驟中：當所述凸模沖裁動作結束后，所述回復彈簧提供彈力使所述凸模沿著所述導向桿方向回復到預備沖裁位置。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

1、本發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的處理溫度，并將電容器輔助加熱與電磁助推沖裁相結合，通過精確控制加熱電路與電磁驅動電路閉合的先后時序，準確地在非晶合金板料達到玻璃態處理溫度時進行沖裁加工，該工藝既能保證加熱速度，又能減少加工時間，能夠解決斷面附近存在微裂紋、沖裁模具磨損等問題。

2、本發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,改善非晶合金零件斷面質量。

附圖說明

附圖1是本發明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置的剖視結構示意圖；

附圖2是本發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是本發明一種電流輔助電磁沖裁加工裝置中電磁驅動件的電路圖。

主要元件符號說明

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、

凸模回復件40、回復彈簧41、導向桿42、外固定框43、

助推線圈組50、

驅動片60、

導套70、凸緣部71、導向部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、第一電源控制開關93、第一電容器控制開關94、第一分壓電阻95、電感器件96、

電磁驅動件100、第二電源101、第二電容器102、第二電源控制開關103、第二電容器控制開關104、第二分壓電阻105、第二電感器件106、

待成形板料110、

具體實施方式

為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述：

請參考圖，實施例中，一種電流輔助電磁沖裁加工裝置，包括凸模10、凹模20、兩個加熱電極30、凸模回復件40、助推線圈組50、驅動片60、加熱件和電磁驅動件；整體通過這樣的結構，采用電流加熱輔助電磁沖裁的方式對非晶合金進行加工，沖裁加工能量易于精確控制、沖裁速度快、加工精度高。

請參考圖1，實施例中，所述凹模20設置于所述凸模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呈長方形狀，所述成形部12呈圓柱狀且垂直設置于所述固定部11的中心處下方；所述成形部12和所述凹模20相適配；所述凸模回復件40包括回復彈簧41、導向桿42和外固定框43；所述導向桿42穿過所述固定部11固定于所述外固定框43的上下內壁之間，所述回復彈簧41套設于所述導向桿42上；所述外固定框43下方開有槽部以供所述成形部12伸出以實現對待成形板料110的沖裁。

進一步地，所述導向桿42的數量為四根，設置于所述成形部12四周；所述回復彈簧41的數量為八個，分別套設在所述固定部11上下方的導向桿42上；所述回復彈簧41可通過壓縮實現所述固定部11在所述導向桿42方向上的上下運動；該裝置還可以進一步包括一底座，所述凹模20固定安裝于底座上。

除此之外，所述成形部12外側進一步套設設置有導套70進行導向；所述導套70包括凸緣部71和導向部72；所述凸緣部71與所述固定部11平行設置且固定貼設于所述外固定框43內壁上，當所述固定部11向下運動時，所述固定部11下表面碰到所述凸緣部71后停止運動，即所述凸緣部71的厚度大小可根據待成形板料110需要加工的多少來決定以精確控制所述固定部11的行程；所述導向部72與所述成形部12相平行設置且與所述成形部12和所述外固定框43相緊貼設置，所述豎直部72可實現對所述成形部12的導向。

請參考圖1，實施例中，所述助推線圈組50的數量為至少一個；所述助推線圈組50包括若干個子線圈；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。所述驅動片60固定于所述固定部11上方；所述助推線圈組50與所述電磁驅動件電連接；所述助推線圈組50固定設置于所述外固定框43內壁上且與所述驅動片60相正對設置；所述電磁驅動件100包括第二電源101、第二電容器102、第二電源控制開關103、第二電容器控制開關104、第二分壓電阻105和第二電感器件106，所述電磁驅動件的控制開關包括所述電磁驅動件的電源開關和所述電容器的控制開關，所述電磁驅動件串聯于助推線圈的兩接頭。采用這樣的結構設計可以有效通過助推線圈組50的磁感應來控制驅動片60向下運動，從而帶動所述凸模10整體向下運動

請參考圖，實施例中，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、第一電源控制開關93、第一電容器控制開關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的上下兩個銅電極即電極上半部31和電極下半部32。

請參考圖1，實施例中，所述凹模20上進一步設置有一緩沖件80；所述凹模20上開設有與所述成形部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。采用這樣的結構可以保證沖裁過程中凸模10不會在驅動片60的帶動下由于力過大而對待成形板料110產生過大的壓力，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待成形板料對其進行加熱處理，直至待成形板料達到玻璃態待處理溫度；

s3：利用電磁驅動件放電通過所述助推線圈組50產生磁場，在此磁場中所述驅動片60受磁力作用驅動所述凸模10高速運動對待成形板料進行沖裁加工；

s4：斷開所述加熱件電源和所述電磁驅動件電源，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關93和電磁驅動件100中的第二電源控制開關103，分別使加熱件90中的第一電源91、電磁驅動件100中的第二電源101對各自電路中的電容器進行充能；當充電電壓達到所需電壓后，立刻斷開充電回路即加熱件90和電磁驅動件100的電源控制開關并同時閉合加熱件90中的第一電容器控制開關94，使加熱件90中的第一電容器92對待沖裁板料進行放電加熱，待沖裁板料在電容器放電電流的作用下被加熱到玻璃態處理溫度后(此過程一般都在幾毫秒內完成)，閉合電磁驅動件100中的第二電容器控制開關104，使所述第二電容器102對所述助推線圈組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生一個強磁場，此時處在磁場中的所述驅動片60收到強電磁力的作用迅速向下推動與其相連結的凸模10做沖裁動作，對待沖裁板料進行沖裁；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，至此完成一個完整的沖裁加工。

進一步地，當所述凸模10沖裁動作結束后，所述回復彈簧41提供彈力使所述凸模10沿著所述導向桿42方向回復到預備沖裁位置以供下一次沖裁動作的開始。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。