專利名稱：一種便攜式低壓電磁鉚槍的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械加工技術領域，尤其涉及一種應用于電磁鉚接技術的便攜式低壓 電磁鉚槍。
背景技術：
鉚接是一種在航空航天、汽車、電子電器等制造領域廣泛應用的機械連接技術，它 主要包括錘擊鉚接、壓鉚和電磁鉚接等工藝形式。錘擊鉚接是一種被普遍采用的鉚接方法。鉚接時利用沖擊力量連續若干次打擊鉚 釘桿的頭部，使鉚釘材料沿徑向流動，形成了連接零件的鉚成頭，其工藝特點是需要的沖 擊力較大；被鉚件和鉚接工具有較大的震動；鉚釘桿頭部受力不均衡，產品質量不穩定；鉚 成頭部表面質量差，同時破壞了鉚釘桿頭部材料的組織結構；操作人員的勞動強度大；噪 音分貝高，對操作人員的身心健康有不利影響。當對應變速率敏感的鉚釘材料，如鈦合金， 進行普通錘鉚加工時，鉚釘容易在鐓頭部位產生開裂，鉚接質量很不穩定。壓鉚是利用壓鉚機產生的靜壓力鐓粗鉚釘桿形成鐓頭的一種鉚接方法。壓鉚的鉚 接件具有表面質量好、變形小、連接強度高的特點。但是，由于壓鉚設備結構和開場性的限 制，一般適用于結構邊緣鉚縫的單釘鉚接。隨著新型航空航天飛行器承載能力和飛行距離要求的提高，復合材料和金屬(鋁 合金、鈦合金等)的復合結構應用越來越廣泛，因此，必然涉及到兩種材料之間的連接問 題，在現有的技術工藝條件下，鉚接方法仍然是必然選擇的工藝方法。考慮到連接強度、結 構減重以及復合材料和金屬之間的生物相容性等問題，必然選擇高強度的鈦合金或鋁合金 鉚釘。但在復合材料結構鉚接中，采用錘鉚和壓鉚，容易使復合材料產生安裝損傷、分層等 缺陷，并且難以嚴格控制干涉量。電磁鉚接是利用基于脈沖磁場力產生的應力波脈沖對鉚釘釘桿頭部施加一次載 荷，零距離接觸加載，使鉚釘材料產生徑向流動形成鉚接接頭。相對于錘擊鉚接，由于是在 高速率加載下鉚釘變形，有利于提高鉚釘材料塑性，能夠進行大直徑鉚釘的鉚接。單釘鉚接 只需單次加載過程，能夠顯著降低勞動強度和噪音。另外，電磁鉚接工藝靈活性高，非常適 于開場性差、壓鉚設備操作不便的工況條件。電磁鉚接設備主要包括三部分控制部分、電源部分和電磁鉚槍，其中，后者是實 現電磁鉚接接頭的直接加工“工具”。要獲得滿足技術要求的鉚接接頭，電磁鉚槍需要滿足 的要求包括(1)足夠的沖擊力、⑵低噪音、小后坐力、⑶低重量、⑷保證電絕緣安全。 其中要素(1)取決于電磁鉚接設備電容量C、放電能量、放電回路的等效電感L和電阻R等。由于單次沖擊載荷下實現鉚釘變形，鉚接力非常大，根據質心定律，鉚槍必然產生 作用于鉚接操作者的后坐力。根據一般的力學原理，后坐力大小是和鉚槍整體質量成反比 的，即鉚槍質量越大，后坐力越小。目前，已有的電磁鉚槍在處理后坐力方面，多采用增大鉚 槍槍體質量的方法，以減小后坐力，雖然效果顯著，但是不可避免地增加鉚槍質量，造成操 作者手持操作困難，常常需要借助附加結構吊裝鉚槍，相對于手持氣動鉚接而言，造成鉚接操作不便，影響鉚接質量。一般，隨電磁鉚槍鉚接能力提高，其質量越大，如十 幾十公斤。現有的鉚槍結構一般減震部分和動力部分都置于封閉或半封閉的槍筒內，在沖擊 力的作用下，線圈及與之接線柱連接的電源導線也會產生后作運動，與槍筒產生幾十毫米 的相對滑動和摩擦。現有鉚槍線圈結構較復雜，需要匝線繞組、絕緣材料等多部分通過螺栓等零件緊 固而成，常在線圈匝線兩端與回路導線之間需要附加的連接線，連接接頭沒有被封裝在線 圈或鉚槍槍筒之內。
發明內容
本發明的目的是，相對于現有電磁鉚槍體積大、質量沉重、操作不靈活(需要附加 吊裝結構)的現狀，提出一種便攜式的低壓電磁鉚接鉚槍，為中小直徑鉚釘鉚接、操作環境 開場性差、鉚接工藝靈活性要求高的工況提供一種電磁鉚接方法。本發明的工作原理如下電磁鉚接加工過程通過控制箱閉合電磁鉚接充電開 關，連通由整流器、限流電阻R和電容器組C構成的低壓電磁鉚接裝置的充電回路。外網 380V或220V電源通過充電回路對電容器組C充電。當充電至預設電壓后，通過控制箱斷開 電磁鉚接充電開關，切斷充電回路。再通過控制箱控制高壓脈沖發生器產生高壓脈沖，觸發 高頻晶閘管放電開關，導通由電容器組C、電磁鉚槍中的線圈構成的放電回路。由于電容器 組C和線圈構成典型的RLC回路，通過線圈的放電電流具有衰減震蕩特性，根據電磁感應定 律，該電流使與之鄰近的高導電率的驅動片(電磁鉚槍自帶)中產生感應電流，而后者又產 生感應磁場。由此，線圈電流磁場和感應電流磁場在線圈和驅動片間隙內產生疊加而增強。 這一增強磁場和驅動片感應電流作用使驅動片受到軸向向右的脈沖載荷，再通過絕緣襯板 和應力波調制器的放大作用后，經沖頭作用于鉚釘，實現鉚釘的變形和鉚接過程。實現本發明的技術方案是本發明提出的電磁鉚槍主要包括前蓋、槍筒、后蓋、彈 簧滑道和后蓋法蘭以及線圈、放大器、沖頭、減震橡膠、減震彈簧等部件構成，其特征是(1)動力部位結構將銅帶嵌裝入線圈骨架的空間內，使銅帶的外圈匝線與線圈 骨架的空間的內側面接觸，銅帶的邊緣接線柱穿過線圈骨架內的通道與邊緣電源導線相 連。而銅帶內的中心接線柱與線圈骨架內孔接觸面緊密配合，并使中心接線柱的底面與線 圈骨架接線空間的頂面對齊，其底面與中心導線相連。銅帶外纏繞高耐壓強度的絕緣帶，實 現各匝線之間的電絕緣。通過鉚槍線圈的后蓋使線圈骨架與接線柱隔板的固連，進而使銅帶及其及接線 柱、線圈骨架、接線柱隔板、線圈后蓋、導線實現固連，即實現鉚槍線圈結構自封閉，結構強 度高。同時，使線圈接線柱和放電回路導線的連接接頭嵌埋在線圈框架線圈骨架結構內部， 使接頭與操作者和鉚槍槍筒完全隔離。(2)降溫裝置為了實現線圈工作過程中的有效降溫，在線圈骨架、中心接線柱、 前蓋、槍筒和接線柱隔板上預留壓縮空氣通道。由槍筒上的壓縮空氣入口、線圈骨架上的壓 縮空氣進氣通道構成進氣道，由線圈骨架上空氣通道、中心接線柱空氣通道以及槍筒的空 氣出口和前蓋的開孔構成壓縮空氣出氣道。通過上述4-6條壓縮空氣通道，有效降低電磁 鉚槍線圈放電產生的焦耳熱，使之在80-100攝氏度的溫度下長時間穩定工作。(3)加載部位驅動片與絕緣襯板固接，絕緣襯板與放大器固接，放大器與鉚接沖頭固接(可替換沖頭)。使驅動片、絕緣襯板、放大器和沖頭同軸裝配為一體，與線圈一起構 成鉚槍的加載部分。(4)減震裝置減震橡膠被置于槍體尾部，與線圈的后蓋直接接觸，同時與上述鉚 槍的加載部分一起被封閉在由槍筒、前蓋和后蓋構成的封閉結構內，即實現鉚槍主體結構 自封閉。后蓋與裝有減震彈簧的彈簧滑道同軸裝配，通過內六角螺釘實現限位和連接，二 者之間滑動配合。本發明的積極效果是1、實現在保證中小直徑鉚釘鉚接能力的情況下，減小鉚槍質量和后坐力，提高操 作靈活性。2、在低壓電磁鉚接的條件下300-1000V，可進行直徑達5mm高強度鋁合金鉚釘鉚 接，如2A10、2A16等，以及其他金屬材料的中小直徑鉚釘的鉚接。3、由減震橡膠、減震彈簧構成的復合減震模塊的減震效果顯著，后坐力低。4、在槍體后坐運動時，線圈本身也作為配重質量發生作用，線圈與鉚槍外殼相對 滑動位移小(一般不超過5毫米)、震動小、噪音低，避免了一般電磁鉚槍結構中線圈和配重 質量塊之間的沖擊以及線圈和槍筒之間的長距離滑動摩擦，有利于提高線圈壽命，減小鉚 槍質量。5、鉚槍總體質量低，3. 0-4. 5kg，便于手持操作，操作靈活性高，降低勞動強度。
圖1是便攜式低壓電磁鉚槍示意2是電磁鉚槍線圈骨架結構3是電磁鉚槍線圈骨架結構橫截面4是電磁鉚槍線圈中心接線柱圖5是電磁鉚槍線圈中心接線柱橫截面圖1-導套；2-前蓋；3-槍筒；4-后蓋；5-彈簧滑道；6_后蓋法蘭；7_內六角螺釘； 8-驅動片；9-絕緣襯板；10-放大器；11-彈簧；12-螺母；13-沖頭；14-銅帶；15-線圈骨 架；16-邊緣接線柱；17-接線柱隔板；18-線圈后蓋；19-電源導線；20-減震橡膠；21-減震 彈簧；22-鉚槍手柄；23-電磁鉚接設備；24-控制箱；25-充電開關；26-放電開關；27-高 壓脈沖發生器；28-整流電路；29-電磁鉚槍線圈；30-壓縮空氣入口 ；31-壓縮空氣出口 ； 32-壓縮空氣通道；33-與中心接線柱38的接觸面；34-電源導線19接線空間；35-邊緣接 線柱16的通道；36-線圈銅帶14的裝配空間；37-中心接線柱38的側面；38-中心接線柱； 39-壓縮空氣通道；40-壓縮空氣進氣道；41-裝配空間36的內側面；42-中心接線柱38上 與電源導線19的連接面。
具體實施例方式包括本發明提出的便攜式電磁鉚槍在內的電磁鉚接設備原理框圖如圖1所示，其 中線圈骨架15和線圈中心接線柱38結構分別見圖2和圖4。其中本發明提出的電磁鉚槍 主要由線圈29、驅動片8、放大器10、沖頭13、減震橡膠20、減震彈簧21和由前蓋2、槍筒3、后蓋4、彈簧滑道5和后蓋法蘭6等部件構成。(1)中心接線柱38與銅帶14固接。銅帶14嵌裝入線圈骨架15的空間36內，銅 帶14的外圈匝線與空間36的內側面41接觸。邊緣接線柱16穿過通道35，與電源導線19 相連。而中心接線柱38的矩形端頭側面37與線圈骨架線圈內孔接觸面33緊密配合，并且 底面42與接線空間34的頂面對齊，底面42與電源導線19固接。中心接線柱38與線圈骨 架15的配合面為矩形。通過鉚槍線圈29的后蓋18、線圈骨架15與接線柱隔板17的固連，實現銅帶14及 中心接線柱38、邊緣接線柱16、線圈骨架15、接線柱隔板17、線圈后蓋18、電源導線19的固 連，即實現鉚槍線圈29結構自封閉，結構強度高。使線圈銅帶邊緣接線柱16、中心接線柱 38和電源導線19的連接接頭嵌埋在線圈29框架結構內部，使接頭與操作者和鉚槍槍筒完
全隔離。銅帶14外纏繞高耐壓強度的絕緣帶，實現各匝線之間的電絕緣。為了實現線圈工 作過程中的有效降溫，在線圈骨架15、中心接線柱38、前蓋2和接線柱隔板17上預留壓縮 空氣通道。由槍筒3上的壓縮空氣入口 30、線圈骨架上的壓縮空氣通道40構成進氣道，由 線圈骨架15上通道32、中心接線柱通道39、前蓋2和槍筒3的空氣出口 31構成壓縮空氣 出氣道。通過上述4-6條壓縮空氣通道，有效降低電磁鉚槍線圈放電產生的焦耳熱，使之在 80-100攝氏度的溫度下長時間穩定工作。(2)驅動片8與絕緣襯板9固接，絕緣襯板9與放大器10固接，放大器10與鉚接 沖頭13加工一體或固接(可替換沖頭13)。驅動片8、絕緣襯板9、放大器10和沖頭13同 軸裝配一體，與線圈29 —起構成鉚槍的加載部分。在本結構中，減震橡膠20被置于槍體尾部，與線圈29的后蓋18直接接觸，同時與 上述的鉚槍的加載部分一起被封閉在由槍筒3、前蓋2和后蓋4構成的封閉結構內，即實現 鉚槍主體結構自封閉。在此種鉚槍結構條件下，在槍體后坐運動時，線圈本身也作為配重 質量發生作用，線圈29與鉚槍外殼3滑動配合，相對滑動位移小(其行程一般不超過5毫 米)、震動小、噪音低，避免了一般電磁鉚槍結構中線圈和配重質量塊之間的沖擊以及線圈 和槍筒之間的長距離滑動摩擦，有利于提高線圈壽命，減小鉚槍質量。(3)由減震橡膠20、減震彈簧21構成的復合減震模塊的減震效果顯著，后坐力低。后蓋4與彈簧滑道5同軸裝配，二者之間滑動配合，初始搭接長度10_20mm。后蓋 4與彈簧滑道5通過內六角螺釘7實現限位和連接，其中，后蓋法蘭6的外表面與彈簧滑道 5的內表面為滑動配合面。鉚接過程中的后坐力通過減震橡膠20的作用后再傳遞到減震彈 簧21上，通過彈簧的減震作用后作用到操作者的手臂上。工作過程對照附圖詳細敘述本發明電磁鉚槍內部各部件之間組合關系及工作過程(1)充電回路控制箱24的一個輸出端與電磁鉚接設備23的充電開關25連接， 通過25閉合，連通由整流器28、限流電阻R和電容器組C構成的低壓電磁鉚接裝置23的充 電回路。外網380V或220V電源通過充電回路對電容器組C充電。當充電至預設電壓后， 通過控制箱24斷開電磁鉚接充電開關25，切斷充電回路。(2)工作過程當沖頭13的前端面與待變形的圓柱形鉚釘端面接觸，在沖頭13和 圓柱形鉚釘軸線重合時，通過對鉚槍手柄22施加一定的推力，克服彈簧11的壓縮力，實現驅動片8和線圈29的緊密接觸。通過控制箱24控制高壓脈沖發生器27產生高壓脈沖，觸 發高頻晶閘管放電開關26，導通由電容器組C、電磁鉚槍中的線圈29構成的放電回路。由于 電容器組C和線圈29構成典型的RLC回路，通過線圈29的放電電流具有衰減震蕩特性，根 據電磁感應定律，該電流使與之鄰近的高導電率的驅動片8(電磁鉚槍自帶)中產生感應電 流，而后者又產生感應磁場。由此，線圈電流磁場和感應電流磁場在線圈29和驅動片8間 隙內產生疊加而增強。這一增強磁場和驅動片感應電流作用產生軸向外推的電磁力，在該 力的驅動下，驅動片8受到軸向向右的脈沖載荷，再通過絕緣襯板9和應力波調制器10的 放大作用后，通過沖頭13作用于鉚釘，實現鉚釘的變形和鉚接過程。(3)兩級減震線圈29放電后，由作用力和反作用力關系及質心定律，線圈29在 槍筒3內沿軸向向左運動，線圈后蓋18壓縮減震橡膠20，使之產生一定得壓縮量，實現一級 減震。由于線圈29、壓縮的減震橡膠20與前蓋2、槍筒3和后蓋4的固連結構封閉在一起， 因此，他們作為整體質量一起沿軸向向右運動，作為一個配重質量壓縮減震彈簧21，實現二 級減震。最終作用于手柄22 (操作者手臂)的后坐力只有幾——幾十牛頓的力。后蓋4與彈簧滑道5同軸裝配，二者之間滑動配合，初始搭接長度10_20mm。后蓋 4與彈簧滑道5通過內六角螺釘7實現限位和連接，其中，后蓋法蘭6的外表面與彈簧滑道 5的內表面為滑動配合面。(4)溫控裝置槍筒3開有壓縮空氣進口 30，可連接外置壓縮空氣管道；槍筒內的 壓縮空氣通過出口 31和前蓋2的開孔排出，實現線圈降溫的目的。線圈溫度可通過內置溫 度傳感器測量，并反饋給壓縮空氣控制裝置，實現溫度的自動控制。(5)控制誤操作在伸出導套1的沖頭13表面上加工有細牙螺紋，裝有彈簧11的 限位螺母12，從而實現驅動片8、絕緣隔板9、放大器10和沖頭13固連結構的外拉力的方便 調節，在該力的作用下，在未進行鉚接時，使驅動片8和線圈29遠離，以避免誤操作造成放 電對鉚接質量的影響。
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權利要求
一種便攜式低壓電磁鉚槍，包括前蓋、槍筒、后蓋、彈簧滑道和后蓋法蘭，以及線圈、放大器、沖頭、減震橡膠、減震彈簧等部件，其特征是A、動力部位結構將銅帶嵌裝入線圈骨架的空間內，使銅帶的外圈匝線與線圈骨架的空間的內側面接觸，銅帶的邊緣接線柱穿過線圈骨架內的通道與電源導線相連，而銅帶內的中心接線柱與線圈骨架內孔接觸面緊密配合，并使中心接線柱的底面與線圈骨架接線空間的頂面對齊，其底面與電源導線相連，銅帶外纏繞高耐壓強度的絕緣帶，實現各匝線之間的電絕緣；通過鉚槍線圈的后蓋使線圈骨架與接線柱隔板的固連，進而使銅帶及其及接線柱、線圈骨架、接線柱隔板、線圈后蓋、電源導線實現固連，即實現鉚槍線圈結構自封閉；同時，使線圈接線柱和放電回路的電源導線的連接接頭嵌埋在線圈框架線圈骨架結構內部，使電源導線接頭與操作者和鉚槍槍筒完全隔離；B、降溫裝置為了實現線圈工作過程中的有效降溫，在線圈骨架、中心接線柱、前蓋、槍筒和接線柱隔板上預留壓縮空氣通道，由槍筒上的壓縮空氣入口、線圈骨架上的壓縮空氣進氣通道構成進氣道，由線圈骨架上空氣通道、中心接線柱空氣通道以及前蓋和槍筒空氣出口構成壓縮空氣出氣道；C、加載部位驅動片與絕緣襯板固接，絕緣襯板與放大器固接，放大器與鉚接沖頭固接，使驅動片、絕緣襯板、放大器和沖頭同軸裝配為一體，與線圈一起構成鉚槍的加載部分；D、減震裝置減震橡膠被置于槍體尾部，與線圈的后蓋直接接觸，同時與上述鉚槍的加載部分一起被封閉在由槍筒、前蓋和后蓋構成的封閉結構內，即實現鉚槍主體結構自封閉。
2.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是在A、動力部位結構中所述的中心接線 柱(38)與線圈骨架線圈內孔接觸面(33)緊密配合，其中心接線柱(38)與線圈骨架(15) 的配合面為矩形。
3.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是C、加載部位中所述的放大器與鉚接沖 頭固接，或者放大器(10)與鉚接沖頭(13)加工為一體。
4.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是在所述的D、減震裝置中后蓋(4)與裝 有減震彈簧(21)的彈簧滑道(5)同軸裝配，通過內六角螺釘(7)實現限位和連接，二者之 間滑動配合。
5.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是在所述的B、降溫裝置中，槍筒(3)開有 壓縮空氣進口(30)，可連接外置壓縮空氣管道；并由槍筒(3)內的壓縮空氣出口(31)和前 蓋(2)的開孔排出，實現線圈降溫，此線圈溫度可通過內置溫度傳感器測量，并反饋給壓縮 空氣控制裝置，實現溫度的自動控制。
6.根據權利要求1或3所述的電磁鉚槍，其特征是在所述的C、加載部位，其在伸出導 套(1)的沖頭(13)表面上加工有細牙螺紋，裝有彈簧(11)的限位螺母(12)，從而實現驅動 片(8)、絕緣隔板(9)、放大器(10)和沖頭(13)固連結構的外拉力的方便調節。
7.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是在A、動力部位結構中所設計的電磁鉚 槍線圈(29)與鉚槍槍筒(3)是滑動配合，其滑動的行程小于5毫米，減少了長距離滑動摩 擦，提高了線圈壽命。
8.根據權利要求1所述的電磁鉚槍，其特征是在A、動力部位結構中所設計的電磁鉚槍線圈(29)與壓縮的減震橡膠(20)、前蓋(2)、槍筒(3)和后蓋(4)固連結構封閉在一起， 在槍體后坐運動時，線圈本身也作為配重質量發生作用，實現了減震和降低噪音。全文摘要
本發明公開一種應用于電磁鉚接技術的便攜式低壓電磁鉚槍。主要為中小直徑鉚釘鉚接、操作環境開場性差、鉚接工藝靈活性要求高的工況提供一種電磁鉚接方法，改變了現有電磁鉚槍體積大、質量沉重、操作不靈活的現狀。本發明技術結構主要由前蓋、殼體、后蓋、彈簧滑道和后蓋法蘭以及線圈、放大器、沖頭、減震橡膠、減震彈簧等部件組構成。在低壓300-1000V條件下，可進行直徑達5mm高強度鋁合金鉚釘鉚接或其他金屬材料的中小直徑鉚釘的鉚接。鉚槍總體質量輕，3.0-4.5kg，便于手持操作，減震效果顯著，后坐力低，操作靈活性高，降低勞動強度。
文檔編號B21J15/24GK101890473SQ201010222378
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者于海平, 孫立強, 崔俊佳, 徐志丹, 李春峰, 趙志衡 申請人:哈爾濱工業大學