專利名稱：多絲銅線束端頭成型裝置及其成型方法
技術領域：
本發明涉及一種成型裝置，特別是涉及一種多絲銅線束端頭成型裝置。還涉及利用這種多絲銅線束端頭成型裝置成型多絲銅線束端頭方法。
背景技術：
小截面多絲銅線束與導電銅片采用電阻焊工藝連接時，如果直接使用未成型的銅線束端頭與導電銅片連接，在焊接壓力的作用下多絲銅線束端頭勢必松散，僅有部分銅線束和導電銅片相連，從而影響導電效果。解決這一問題的有效方法是在電阻焊工藝前，將多絲銅線束端頭由松散結構擠壓預成型為緊密一體的矩形截面。公知的普通熱壓或冷壓成型方法是通過預熱后的壓頭向被成型件施壓成型或直接向被成型件施壓成型。為了保證小截面多絲銅線束預成型后與導電銅片焊接質量的可靠性和一致性，對多絲銅線束端頭預成型后的矩形截面尺寸有較高的精度要求，難以用公知的普通熱壓或者冷壓方法進行成型。
發明內容
為了將多絲銅線束端頭與導電銅片連成一體，本發明提供一種多絲銅線束端頭成型裝置。該裝置由成型夾具、加壓機構、電源和控制器組成，在壓力作用下，利用電流通過成型區時產生的電阻焦耳熱作為多絲銅線束端頭變形所需熱量的方法，可以實現小截面多絲銅線束端頭的高精度精密成型；采用精密中頻逆變電阻焊直流電源精確控制成型加熱電流的大小和時間，可以實現多絲銅線束端頭變形所需熱量的精確可控；成型夾具兩側采用耐高溫陶瓷絕緣材料，可以保證精確控制的加熱電流唯一流經多絲銅線束端頭；成型夾具兩側止擋機構和銅線束端頭定位機構采用電控氣動閉合方式，可以實現銅線束的快速裝卸； 采用μ m級高精度位移傳感器，應用變形位移量控制通電時間的方法，與成型夾具配合，可以實現小截面多絲銅線束端頭熱擠壓矩形截面成型時高精度尺寸的穩定控制；中頻逆變電阻焊直流電源采用三相對稱供電，電源功率因數高、節能，成型過程中不需外加輔助材料， 可以很好地將多絲銅線束端頭與導電銅片連成一體。本發明還提供利用這種多絲銅線束端頭成型裝置成型多絲銅線束端頭方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種多絲銅線束端頭成型裝置，包括工作臺1、電源觀和控制器四，電源觀和控制器四固定在工作臺1上，其特點是還包括成型夾具和加壓機構；成型夾具包括右支撐架2、右止擋氣缸3、右導向套4、右止擋氣缸軸 5、右安裝套6、下導電極7、下導電板9、絕緣膠木板10、成型夾具安裝座11、左安裝套12、左止擋氣缸軸13、左導向套14、左止擋氣缸15和左支撐架16，成型夾具安裝座11固定在工作臺1上，下導電板9設計為水冷結構；成型夾具安裝座11上從下到上依次固定絕緣膠木板 10、下導電板9和下導電極7，下導電極7通過螺釘壓緊在下導電板9上，下導電極7的上表面中心位置有矩形凸臺面；左支撐架16和右支撐架2分別固定于工作臺1上成型夾具安裝座11的左右兩側，左止擋氣缸15由左支撐架16支撐，左止擋氣缸軸13與左安裝套12固連，左導向套14套在左止擋氣缸軸13上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座11固連，左絕緣塊34位于左安裝套12中、由左安裝套12頂部的兩個螺釘頂緊；右止擋氣缸3由右支撐架2支撐，右止擋氣缸軸5與右安裝套6固連，右導向套4套在右止擋氣缸軸5上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座11固連，右絕緣塊33位于右安裝套6中、由右安裝套6頂部的兩個螺釘頂緊；左、右安裝套12和6的下表面與下導電極7之間留有間隙；定位氣缸30固定在成型夾具安裝座11后面，位于加壓氣缸架25與固定絕緣膠木板10、下導電板9和下導電極7之間；定位塊32與定位氣缸軸31采用絕緣連接方式固連。加壓機構包括加壓氣缸對、氣缸軸23、上導電板安裝座22、絕緣膠木板21、上導電板20、水冷套18和上導電極17 ；加壓氣缸M置于加壓氣缸架25上方，上導電板安裝座22 與氣缸軸23固連，上導電板20隔著絕緣膠木板21通過螺釘與上導電板安裝座22固連，上導電板20的下方安裝水冷套18，上導電極17采用過盈配合方式嵌入水冷套18中；上導電極17下端面尺寸與下導電極7的矩形凸臺面尺寸等大并兩兩對中；電源28采用中頻逆變電阻焊直流電源，并靠近加壓氣缸架25安放，電源28的正、 負輸出端通過導電排26、27分別與上導電板20和下導電板9電連接；控制器四與電源觀之間有接口電路。所述的下導電極7材料是純金屬鎢。所述的下導電板9材料是紫銅。所述的上導電極17材料是純金屬鎢。所述的上導電板20材料是紫銅。所述的水冷套18材料是紫銅。所述的導電排26、27材料是紫銅。所述的位移傳感器19是μ m級高精度位移傳感器。所述的左、右絕緣塊34、33是耐高溫絕緣陶瓷材料。一種利用上述多絲銅線束端頭成型裝置成型多絲銅線束端頭方法，其特點是包括以下步驟(1)給出成型槽閉合信號，控制器四接收到成型槽閉合信號后，發出左止擋氣缸電磁閥通電信號35、右止擋氣缸電磁閥通電信號36和定位氣缸電磁閥通電信號38 ；左絕緣塊34和右絕緣塊33靠攏下導電極7的兩側，定位塊32向前頂出，形成成型槽；(2)將多絲銅線束8需要成型的一端放入成型槽，使多絲銅線束8的成型端靠攏定位塊32。(3)控制器四接收到成型啟動信號后，發出加壓氣缸電磁閥通電信號37，氣缸軸 23隨即推動上導電極17向下運動直到將多絲銅線束8端頭緊緊壓在下導電極7的上凸臺面上。(4)控制器四發出電源28的開始通電信號。電源28按設定電流值開始通電，給多絲銅線束8端頭提供變形所需的熱量。(5)當控制器四檢測到位移傳感器19的實際變形位移量等于設定的變形位移量時，控制器四發出電源28的通電結束信號。(6)控制器四關斷加壓氣缸電磁閥通電信號37，上導電極17抬起；然后控制器 29再依次關斷左止擋氣缸電磁閥通電信號35、右止擋氣缸電磁閥通電信號36和定位氣缸電磁閥通電信號38。左絕緣塊34和右絕緣塊33分別離開下導電極7的兩側，定位塊32向后退出，成型槽張開。(7)將成型的多絲銅線束8端頭取出成型槽，重新執行步驟(1) (6)。本發明的有益效果是本發明在壓力作用下，利用電流通過成型區時產生的電阻焦耳熱作為多絲銅線束端頭變形所需熱量的方法，實現了小截面多絲銅線束端頭的高精度精密成型；采用精密中頻逆變電阻焊直流電源精確控制成型加熱電流的大小和時間，實現了多絲銅線束端頭變形所需熱量的精確可控；成型夾具兩側采用耐高溫陶瓷絕緣材料，保證了精確控制的加熱電流唯一流經多絲銅線束端頭；成型夾具兩側止擋機構和銅線束端頭定位機構采用電控氣動閉合方式，實現了銅線束的快速裝卸；采用Pm級高精度位移傳感器，應用變形位移量控制通電時間的方法，與成型夾具配合，實現了小截面多絲銅線束端頭熱擠壓矩形截面成型時高精度尺寸的穩定控制；中頻逆變電阻焊直流電源采用三相對稱供電，電源功率因數高、節能，成型過程中不需外加輔助材料，實現了小截面多絲銅線束端頭高效、高質和低成本的精密熱擠壓成型。下面結合具體實施方式
對本發明作詳細說明。
圖1是本發明多絲銅線束端頭成型裝置的結構示意圖。圖2是圖1中A-A局部俯視放大圖。圖中，1-工作臺，2-右支撐架，3-右止擋氣缸，4-右導向套，5-右止擋氣缸軸， 6-右安裝套，7-下導電極，8-多絲銅線束，9-下導電板，10,21-絕緣膠木板，11-成型夾具安裝座，12-左安裝套，13-左止擋氣缸軸，14-左導向套，15-左止擋氣缸，16-左支撐架， 17-上導電極，18-水冷套，19-位移傳感器，20-上導電板，22-上導電板安裝座，23-氣缸軸，24-加壓氣缸，25-加壓氣缸架，26,27-導電排，28-電源，29-控制器，30-定位氣缸， 31-定位氣缸軸，32-定位塊，33-右絕緣塊，34-左絕緣塊，35-左止擋氣缸電磁閥通電信號， 36-右止擋氣缸電磁閥通電信號，37-加壓氣缸電磁閥通電信號，38-定位氣缸電磁閥通電信號。
具體實施例方式參照圖1、圖2，本發明多絲銅線束端頭成型裝置由成型夾具、加壓機構、電源觀和控制器四組成。成型夾具由左、右氣動止擋機構、線束頂端氣動定位機構和下導電回路組成。左、 右氣動止擋機構完全對稱。成型夾具包括右支撐架2、右止擋氣缸3、右導向套4、右止擋氣缸軸5、右安裝套6、下導電極7、下導電板9、絕緣膠木板10、成型夾具安裝座11、左安裝套 12、左止擋氣缸軸13、左導向套14、左止擋氣缸15和左支撐架16，其作用是為了實現線束端部矩形成型的左右兩側限位。成型夾具安裝座11固定在工作臺1上，成型夾具安裝座11 上從下到上依次固定絕緣膠木板10、下導電板9和下導電極7，下導電極7通過螺釘壓緊在下導電板9上，下導電極7的上表面中心位置有矩形凸臺面；右止擋氣缸3由右支撐架2支撐，右止擋氣缸軸5與右安裝套6固連，右導向套4套在右止擋氣缸軸5上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座11固連，右絕緣塊33安裝在右安裝套6中、由右安裝套6頂部的兩個螺釘頂緊。由于右導向套4的導向作用，可保證右止擋氣缸3帶動右安裝套6左右移動時不會發生偏擺。左氣動止擋機構與右氣動止擋機構原理相同。左止擋氣缸15由左支撐架 16支撐，左止擋氣缸軸13與左安裝套12固連，左導向套14套在左止擋氣缸軸13上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座11固連，左絕緣塊34安裝在左安裝套12中、由左安裝套12 頂部的兩個螺釘頂緊。由于左導向套14的導向作用，可保證左止擋氣缸15帶動左安裝套 12左右移動時不會發生偏擺。下導電回路由下導電極7、下導電板9構成。下導電極7采用純金屬鎢材料，純金屬鎢材料雖然電導率較其它銅合金電極材料低，但卻具有很好的高溫硬度，且在高溫下和線束銅材不易發生粘連；下導電極7的上凸臺面寬度設計為線束端部成型后要求的矩形寬度。下導電板9選用紫銅材料，為了加強散熱，設計為水冷結構。裝配時，下導電極7通過螺釘壓緊在下導電板9上之后，再經絕緣膠木板10將其安裝固定于成型夾具安裝座11 ；左、右氣動止擋機構的高度應保證左、右安裝套12、6的下表面與下導電極7之間留有間隙，保證左、右安裝套12和6在左右移動時不會與下導電極7接觸發生摩擦。線束頂端氣動定位機構由定位氣缸30、定位氣缸軸31和定位塊32組成，完成線束端部矩形成型的頂端限位。定位氣缸30固定在成型夾具安裝座11后面，位于加壓氣缸架25 與固定絕緣膠木板10、下導電板9和下導電極7之間；定位塊32的安裝高度應保證定位塊 32在前后移動時不會和下導電極7的上凸臺面發生接觸摩擦；定位塊32和定位氣缸軸31 采用絕緣連接方式，避免加熱電流通過其形成分流回路。左、右絕緣塊34和33，選用耐高溫絕緣陶瓷材料，左、右絕緣塊34和33以及與之配套的左、右安裝套12和6的加工精度，應能保證與下導電極7的上凸臺兩側面的平行度精度要求。加壓機構包括加壓氣缸對、氣缸軸23、上導電板安裝座22、絕緣膠木板21、上導電板20、水冷套18和上導電極17。加壓氣缸M置于加壓氣缸架25上方，上導電板安裝座22 與氣缸軸23固連，上導電板20隔絕緣膠木板21通過螺釘與上導電板安裝座22固連，上導電板20的下方安裝水冷套18，上導電極17采用過盈配合方式嵌入水冷套18中。上導電極 17也采用純金屬鎢材料，上導電極17下端面矩形尺寸為線束端部成型后要求的矩形尺寸。 上導電板20和水冷套18采用紫銅材料。裝配時，應保證加壓氣缸M在整個行程范圍內上下運動時的垂直度，同時還要保證上導電極17和下導電極7的上凸臺對中。電源觀采用中頻逆變電阻焊直流電源，電源觀的安放位置盡量靠近加壓氣缸架 25，這樣可減小電源28的輸出損耗。電源28的正、負輸出端通過導電排沈和27分別與上導電板20和下導電板9電連接，為了減小電源觀的負載回路電阻，導電排沈和27選用紫銅材料。由于定位塊32和定位氣缸軸31采用了絕緣連接方式，以及左、右絕緣塊34、33選用耐高溫絕緣陶瓷材料，在加壓氣缸M帶動上導電極17壓緊多絲銅線束8后，電源觀的輸出電流將形成從電源觀的正輸出端，經由導電排沈、上導電板20、水冷套18、上導電極 17、多絲銅線束8、下導電極7、下導電板9和導電排27，到電源觀的負輸出端的唯一通路。 根據焦耳定律，當電流流過成型區時，由于存在成型區電阻(包括上導電極17和多絲銅線束8之間的接觸電阻、多絲銅線束8和下導電極7之間的接觸電阻、多絲銅線束8中各銅絲之間的接觸電阻以及多絲銅線束8中各銅絲的內部電阻)，將產生電阻焦耳熱，電阻焦耳熱的大小等于電流的平方、通電時間和成型區電阻的乘積。電流流過成型區時產生的電阻焦耳熱提供多絲銅線束8端部變形所需的熱量，在加壓氣缸M施加的壓力的共同作用下，加之定位塊32以及左絕緣塊34和右絕緣塊33的約束，即可實現小截面多絲銅線束的矩形成型。為確保小截面多絲銅線束的精密矩形成型，電源觀應選擇1安培和1毫秒的電流及時間控制分辨率的中頻逆變電阻焊直流電源。控制器四用于實現成型過程的自動控制。控制器四通過檢測左止擋氣缸13、右止擋氣缸3、加壓氣缸M和定位氣缸30的磁性開關信號，按設計程序控制左止擋氣缸電磁閥通電信號35、右止擋氣缸電磁閥通電信號36、加壓氣缸電磁閥通電信號37和定位氣缸電磁閥通電信號38，從而實現相關氣缸的動作控制。同時，控制器四還有與電源觀之間的接口電路，通過此接口電路發出電源觀的開始通電信號、并接收電源觀的通電結束信號。位移傳感器19固定在加壓氣缸架25上，用于檢測多絲銅線束8端部成型時高度方向的變形位移量。為了實現多絲銅線束端部的精密成型，位移傳感器19選用ym級高精度位移傳感器。為了控制多絲銅線束成型后矩形截面的高度尺寸，采用了變形位移量控制通電時間的方法。成型過程中，控制器四通過位移傳感器19不斷檢測高度方向的實際變形位移量，并與設定的變形位移量比較，當實際變形位移量等于設定變形位移量時，電源觀停止輸出電流。成型過程如下1.給出成型槽閉合信號，控制器四接收到成型槽閉合信號后，發出左止擋氣缸電磁閥通電信號35、右止擋氣缸電磁閥通電信號36和定位氣缸電磁閥通電信號38。左絕緣塊34和右絕緣塊33靠攏下導電極7的兩側，定位塊32向前頂出，形成成型槽。2.將多絲銅線束8需成型的一端放入成型槽，使多絲銅線束8的成型端靠攏定位塊32。3.給出成型啟動信號，控制器四接收到成型啟動信號后，發出加壓氣缸電磁閥通電信號37，氣缸軸23隨即推動上導電極17向下運動直到將多絲銅線束8端部緊緊壓在下導電極7的上凸臺面上。4.控制器四發出電源觀的開始通電信號。電源觀按設定電流值開始通電，給多絲銅線束8端部提供變形所需的熱量。5.當控制器四檢測到位移傳感器19的實際變形位移量等于設定的變形位移量時，控制器四發出電源28的通電結束信號。6.控制器四關斷加壓氣缸電磁閥通電信號37，上導電極17抬起；然后控制器四再依次關斷左止擋氣缸電磁閥通電信號35、右止擋氣缸電磁閥通電信號36和定位氣缸電磁閥通電信號38。左絕緣塊34和右絕緣塊33分別離開下導電極7的兩側，定位塊32向后退出，成型槽張開。7.將多絲銅線束8取出成型槽，重新執行1 6步驟。
權利要求
1.一種多絲銅線束端頭成型裝置，包括工作臺(1)、電源08)和控制器09)，電源(28)和控制器09)固定在工作臺(1)上，其特征在于還包括成型夾具和加壓機構；成型夾具包括右支撐架( 、右止擋氣缸C3)、右導向套(4)、右止擋氣缸軸( 、右安裝套(6)、下導電極(7)、下導電板(9)、絕緣膠木板(10)、成型夾具安裝座(11)、左安裝套(12)、左止擋氣缸軸(13)、左導向套(14)、左止擋氣缸(1 和左支撐架(16)，成型夾具安裝座(11)固定在工作臺(1)上，下導電板(9)設計為水冷結構；成型夾具安裝座(11)上從下到上依次固定絕緣膠木板(10)、下導電板(9)和下導電極(7)，下導電極(7)通過螺釘壓緊在下導電板 (9)上，下導電極(7)的上表面中心位置有矩形凸臺面；左支撐架(16)和右支撐架( 分別固定于工作臺(1)上成型夾具安裝座(11)的左右兩側，左止擋氣缸(15)由左支撐架(16) 支撐，左止擋氣缸軸(1 與左安裝套(1 固連，左導向套(14)套在左止擋氣缸軸(13) 上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座(11)固連，左絕緣塊(34)位于左安裝套(12)中、由左安裝套(1 頂部的兩個螺釘頂緊；右止擋氣缸(3)由右支撐架( 支撐，右止擋氣缸軸 (5)與右安裝套(6)固連，右導向套(4)套在右止擋氣缸軸( 上，并通過一個支撐與成型夾具安裝座(11)固連，右絕緣塊(33)位于右安裝套(6)中、由右安裝套(6)頂部的兩個螺釘頂緊；左、右安裝套(12、6)的下表面與下導電極(7)之間留有間隙；定位氣缸(30)固定在成型夾具安裝座(11)后面，位于加壓氣缸架0 與固定絕緣膠木板(10)、下導電板(9) 和下導電極(7)之間；定位塊(3 與定位氣缸軸(31)采用絕緣連接方式固連；加壓機構包括加壓氣缸(M)、氣缸軸(23)、上導電板安裝座(22)、絕緣膠木板(21)、上導電板(20)、 水冷套(18)和上導電極(17)；加壓氣缸04)置于加壓氣缸架0 上方，上導電板安裝座 (22)與氣缸軸03)固連，上導電板OO)隔著絕緣膠木板通過螺釘與上導電板安裝座02)固連，上導電板OO)的下方安裝水冷套(18)，上導電極(17)采用過盈配合方式嵌入水冷套(18)中；上導電極(17)下端面尺寸與下導電極(7)的矩形凸臺面尺寸等大并兩兩對中；電源08)采用中頻逆變電阻焊直流電源，并靠近加壓氣缸架05)安放，電源08) 的正、負輸出端通過導電排(26、27)分別與上導電板OO)和下導電板(9)電連接；控制器(29)與電源08)之間有接口電路。
2.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的下導電極(7) 材料是純金屬鎢。
3.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的下導電板(9) 材料是紫銅。
4.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的上導電極 (17)材料是純金屬鎢。
5.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的上導電板 (20)材料是紫銅。
6.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的水冷套(18) 材料是紫銅。
7.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的導電排06、 27)材料是紫銅。
8.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的位移傳感器 (19)是μ m級高精度位移傳感器。
9.根據權利要求1所述的多絲銅線束端頭成型裝置，其特征在于所述的左、右絕緣塊 (34,33)是耐高溫絕緣陶瓷材料。
10.一種利用權利要求1所述多絲銅線束端頭成型裝置成型多絲銅線束端頭方法，其特征在于包括以下步驟(a)給出成型槽閉合信號，控制器09)接收到成型槽閉合信號后，發出左止擋氣缸電磁閥通電信號(36)、右止擋氣缸電磁閥通電信號(36)和定位氣缸電磁閥通電信號(38)；左絕緣塊(34)和右絕緣塊(3 靠攏下導電極(7)的兩側，定位塊(3 向前頂出，形成成型槽；(b)將多絲銅線束(8)需要成型的一端放入成型槽，使多絲銅線束(8)的成型端靠攏定位塊(32)；(c)控制器09)接收到成型啟動信號后，發出加壓氣缸電磁閥通電信號(37)，氣缸軸 (23)隨即推動上導電極(17)向下運動直到將多絲銅線束⑶端頭壓緊在下導電極(7)的上凸臺面上；(d)控制器09)發出電源08)的開始通電信號；電源08)按設定電流值開始通電， 給多絲銅線束(8)端頭提供變形所需的熱量；(e)當控制器09)檢測到位移傳感器(19)的實際變形位移量等于設定的變形位移量時，控制器09)發出電源08)的通電結束信號；(f)控制器09)關斷加壓氣缸電磁閥通電信號(37)，上導電極(17)抬起；然后控制器 (29)再依次關斷左止擋氣缸電磁閥通電信號(36)、右止擋氣缸電磁閥通電信號(36)和定位氣缸電磁閥通電信號(38)；左絕緣塊(34)和右絕緣塊(33)分別離開下導電極(7)的兩側，定位塊(3 向后退出，成型槽張開；(g)將成型的多絲銅線束(8)端頭取出成型槽，重新執行步驟(a) (f)。
全文摘要
本發明公開了一種多絲銅線束端頭成型裝置和利用這種多絲銅線束端頭成型裝置成型多絲銅線束端頭方法，用于解決現有的電阻焊方法連接多絲銅線束與導電銅片連接質量差的技術問題。技術方案是該裝置包括工作臺(1)、電源(28)和控制器(29)、成型夾具和加壓機構，在壓力作用下，實現了多絲銅線束端頭的高精度精密成型；成型夾具兩側采用耐高溫陶瓷絕緣材料，保證了精確控制的加熱電流唯一流經多絲銅線束端頭；成型夾具兩側止擋機構和銅線束端頭定位機構采用電控氣動閉合方式，實現了銅線束的快速裝卸；采用μm級高精度位移傳感器，應用變形位移量控制通電時間的方法，與成型夾具配合，實現了多絲銅線束端頭成型時高精度尺寸的穩定控制。
文檔編號B23K11/00GK102528258SQ20121000747
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者張勇, 楊思乾, 謝紅霞, 馬鐵軍 申請人:西北工業大學