CN101817056A - 一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置及方法，它涉及一种半孔铆钉自冲铆接装置及方法。针对传统冲压自铆铆接工艺对铆接构件进行预冲孔，铆接工艺复杂、铆接质量差、效率低问题。冲头设置在应力波调制器的下方，凹模设置在电磁铆枪的正下方，控制箱控制低压电磁铆接装置的电磁铆接充电开关通断，控制箱与低压电磁铆接装置的高压脉冲发生器的信号输入端连接，高压脉冲发生器的信号输出端用于控制低压电磁铆接装置的高频晶闸管放电开关通断。先对电容器组充电，再接通放电回路，电容器组放电，使驱动片受到轴向向下的脉冲载荷作用，应力波调制器放大后通过冲头作用于半孔自冲铆钉上完成自冲铆接。本发明装置和方法用于被连接件的自冲铆接。

Description

一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置及方法 

技术领域

本发明涉及一种半孔铆钉自冲铆接装置及方法，属于通过冲压变形实现机械连接的技术领域。

背景技术

半孔铆钉自冲铆接是冲压自铆铆接的一种工艺形式。冲压自铆铆接是一种被连接件无预制孔、带有连接元件的铆钉从两侧加工的连接方式。在这种工艺形式中，传统的铆钉连接方式所必需的预先打孔被铆钉的剪切冲压过程所代替。半孔铆钉在冲头的推动下，刺穿上层板料，并在凹模与冲头的共同作用下，铆钉尾部在下层金属中张开呈喇叭口形状，形成牢固的铆接点，从而达到自锁连接的目的。自冲铆接和点焊相比具有如下优点：能够连接多层铝构件、镀层薄钢板、强化塑料或复合材料构件；且耐疲劳，可用肉眼直观观察检查连接质量；对环境影响小、无热辐射、无火花、无废料、低能耗、低噪声，并能和粘合剂和润滑剂相容。而采用传统的铆接工艺都要求先对铆接材料进行预冲孔，然后再用铆钉进行连接，这样的铆接工艺复杂、外观差、效率低且不易实现自动化。

自冲铆接与其他连接工艺相比还具有很高的经济性。普通铆接需要预先在待铆接零件上钻孔，然后插入铆钉。但是如果在钻孔结束后至插入铆钉之前翻转零件时不慎产生了一定的扭曲或者移动，则需要重新钻孔（如此造成的重复钻孔现象十分普遍，计算总的费用时应该予以考虑）。自冲铆接可以一步完成铆接，不需要重新钻孔，而且显著提高了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置及方法，以解决采用传统的冲压自铆铆接工艺要求先对铆接构件进行预冲孔，然后再用铆钉进行连接，铆接工艺复杂、铆接质量差、效率低且不易实现自动化的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置由电磁铆枪、凹模、低压电磁铆接装置和控制箱组成；电磁铆枪由初级线圈、驱动片、应力波调制器、压缩弹簧、冲头、电磁铆枪手柄、减震体、定位环和铆枪外壳构成；铆枪外壳的内腔为沿轴向贯通的空腔，铆枪外壳由外径大的大圆柱形筒、前盖、后盖和固紧套筒组成，前盖由圆台形筒和冲头导向筒组成，电磁铆枪手柄与后盖固接，冲头导向筒和固紧套筒均为外径小的小圆柱形筒，外径大的大圆柱形筒的下端内壁上嵌有用于初级线圈定位的定位环，圆台形筒的上端面外径大于其下端面外径，圆台形筒的上端面与外径大的大圆柱形筒的下端面固接，圆台形筒的下端面与冲头导向筒的上端面固接或者二者制成一体，冲头导向筒的下端面与固紧套筒的上端面相靠或固接，减震体、初级线圈、驱动片和应力波调制器由上至下依次设置在上铆枪外壳内，减震体固定在初级线圈和后盖之间，初级线圈与驱动片紧密接触，冲头设置在应力波调制器的下方，驱动片与应力波调制器固接，应力波调制器与冲头制成一体或分为两体，冲头的下端设置在固紧套筒内，压缩弹簧设置在圆台形筒内且套装在冲头上，压缩弹簧的上端通过应力波调制器的外壁限位，压缩弹簧的下端通过圆台形筒的内壁限位，冲头与冲头导向筒和固紧套筒的内壁滑动配合，凹模设置在电磁铆枪的正下方，凹模的中心线与冲头的中心线同轴，控制箱的两个控制信号输出端中的一个用于控制低压电磁铆接装置的电磁铆接充电开关通断，控制箱的两个控制信号输出端中的剩余一个与低压电磁铆接装置的高压脉冲发生器的信号输入端连接，该高压脉冲发生器的信号输出端用于控制低压电磁铆接装置的高频晶闸管放电开关通断，低压电磁铆接装置的放电信号正极输出端与电磁铆枪的初级线圈的始端连接，低压电磁铆接装置的放电信号负极输出端与电磁铆枪的初级线圈的末端连接。

本发明的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接方法是这样实现的：先将被连接件置于凹模上，将半孔自冲铆钉置于被连接件与凹模背离一侧板件表面且位于欲铆接位置处，半孔自冲铆钉设置在电磁铆枪的固紧套筒内并位于冲头的下方，冲头的中心轴线与凹模的中心轴线同轴，铆接时，通过自冲铆接装置的控制箱闭合低压电磁铆接装置的电磁铆接充电开关，连通由整流器、电源、限流电阻和电容器组构成的低压电磁铆接装置的充电回路，对电容器组充电，电容量为10000-140000μF，当充电完毕，通过控制箱断开低压电磁铆接装置的电磁铆接充电开关，切断充电回路；通过控制箱控制高压脉冲发生器产生高压脉冲触发高频晶闸管放电开关，使之闭合，导通由电容器组和电磁铆枪中的初级线圈构成的放电回路，电容器组放电，放电电压为300-1000V，使电磁铆枪上的驱动片受到轴向向下的脉冲载荷作用，再通过电磁铆枪上的应力波调制器放大后通过冲头作用于半孔自冲铆钉上，使半孔自冲铆钉的自锁端穿透被连接件并在凹模的共同作用下，在被连接件与凹模接触的一侧板件内部形成自锁结构，实现半孔自冲铆钉的自冲铆接，初级线圈同样受到冲击载荷作用，使之产生背离驱动片的后坐运动，其冲量通过电磁铆枪内的减震体的压缩变形抵消。

本发明具有以下有益效果：一、本发明相对于现有的半孔铆钉自冲铆接技术能够实现大直径（10-14mm）、大高径比（3-5）的半孔自冲铆钉的铆接，提高自冲铆接夹层（即被连接件）的整体厚度；二、本发明相对于现有电磁铆接技术，省去钻孔过程，实现了半孔铆钉冲压自铆铆接；三、高速率冲击加载铆接有利于提高自冲铆接接头动载负荷接头强度与疲劳寿命；四、铆接工艺过程单参数（电压）精确控制，工艺简单，铆接质量稳定、效率高；五、电磁铆枪体积小，操作灵活，可实现全位置操作以及自动化和半自动化生产。

附图说明

图1是本发明的自冲铆接装置的整体结构主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置由电磁铆枪2、凹模12、低压电磁铆接装置1和控制箱13组成；电磁铆枪2由初级线圈4、驱动片5、应力波调制器6、压缩弹簧7、冲头8、电磁铆枪手柄14、减震体23、定位环27和铆枪外壳构成；铆枪外壳的内腔为沿轴向贯通的空腔，铆枪外壳由外径大的大圆柱形筒3、前盖、后盖25和固紧套筒9组成，前盖由圆台形筒18和冲头导向筒17组成，电磁铆枪手柄14与后盖25固接，冲头导向筒17和固紧套筒9均为外径小的小圆柱形筒，外径大的大圆柱形筒3的下端内壁上嵌有用于初级线圈4定位的定位环27，圆台形筒18的上端面外径大于其下端面外径，圆台形筒18的上端面与外径大的大圆柱形筒3的下端面固接，圆台形筒18的下端面与冲头导向筒17的上端面固接或者二者制成一体，冲头导向筒17的下端面与固紧套筒9的上端面相靠或固接，减震体23、初级线圈4、驱动片5和应力波调制器6由上至下依次设置在上铆枪外壳内，减震体23固定在初级线圈4和后盖25之间，初级线圈4与驱动片5紧密接触，冲头8设置在应力波调制器6的下方，驱动片5与应力波调制器6固接，应力波调制器6与冲头8制成一体或分为两体（为了能够铆接不同直径的半孔铆钉，以方便更换），冲头8的下端设置在固紧套筒9内，压缩弹簧7设置在圆台形筒18内且套装在冲头8上，压缩弹簧7的上端通过应力波调制器6的外壁限位，压缩弹簧7的下端通过圆台形筒18的内壁限位，冲头8与冲头导向筒17和固紧套筒9的内壁滑动配合（在压缩弹簧7的弹力作用下，驱动片5与初级线圈4保持紧密接触），凹模12设置在电磁铆枪2的正下方，凹模12的中心线与冲头8的中心线同轴，控制箱13的两个控制信号输出端中的一个用于控制低压电磁铆接装置1的电磁铆接充电开关19通断，控制箱13的两个控制信号输出端中的剩余一个与低压电磁铆接装置1的高压脉冲发生器20的信号输入端连接，该高压脉冲发生器20的信号输出端用于控制低压电磁铆接装置1的高频晶闸管放电开关21通断，低压电磁铆接装置1的放电信号正极输出端与电磁铆枪2的初级线圈4的始端连接，低压电磁铆接装置1的放电信号负极输出端与电磁铆枪2的初级线圈4的末端连接。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的低压电磁铆接装置1由电磁铆接充电开关19、电容器组C、限流电阻R、整流器22、高频晶闸管放电开关21和高压脉冲发生器20组成；电源的两端分别与整流器22的两个交流电压输入端连接，整流器22的直流电压正极输出端与限流电阻R的一端连接，限流电阻R的另一端与电磁铆接充电开关19的一端连接，电磁铆接充电开关19的另一端分别与高频晶闸管放电开关21的一端及电容器组C的正极端连接，高频晶闸管放电开关21的另一端为低压电磁铆接装置1的放电信号正极输出端，整流器22的直流电压负极输出端及电容器组C的负极端均与低压电磁铆接装置1的放电信号负极输出端连接，高压脉冲发生器20的信号输出端与高频晶闸管放电开关21的放电控制信号输入端连接。如此设置，可实现电容器组C充电和放电。其它与实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的减震体23为减震弹簧、橡胶或者橡胶弹簧。根据需要选定。其它与实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接方法是这样实现的：先将被连接件11置于凹模12上，将半孔自冲铆钉10置于被连接件11与凹模12背离一侧板件表面且位于欲铆接位置处，半孔自冲铆钉10设置在电磁铆枪2的固紧套筒9内并位于冲头8的下方，冲头8的中心轴线与凹模12的中心轴线同轴，铆接时，通过自冲铆接装置的控制箱13闭合低压电磁铆接装置1的电磁铆接充电开关19，连通由整流器22、电源、限流电阻R和电容器组C构成的低压电磁铆接装置1的充电回路，对电容器组C充电，电容量为10000-140000μF，当充电完毕，通过控制箱13断开低压电磁铆接装置1的电磁铆接充电开关19，切断充电回路；通过控制箱13控制高压脉冲发生器20产生高压脉冲触发高频晶闸管放电开关21，使之闭合，导通由电容器组C和电磁铆枪2中的初级线圈4构成的放电回路，电容器组C放电，放电电压为300-1000V，使电磁铆枪2上的驱动片5受到轴向向下的脉冲载荷作用，再通过电磁铆枪2上的应力波调制器6放大后通过冲头8作用于半孔自冲铆钉10上，使半孔自冲铆钉10的自锁端穿透被连接件11并在凹模12的共同作用下，在被连接件11与凹模12接触的一侧板件内部形成自锁结构，实现半孔自冲铆钉10的自冲铆接，初级线圈4同样受到冲击载荷作用，使之产生背离驱动片5的后坐运动，其冲量通过电磁铆枪2内的减震体23的压缩变形抵消。

本实施方式与以电动力或气动力为加载方法的传统自冲铆接产生的不同效果是：铆接过程在几至十几毫秒时间内完成，既可手动操作，也可改装用于生产线。另外比火药驱动安全，能量易于精确控制。电容器组经初级线圈放电产生的冲击能量全部消耗在对半孔自冲铆钉做功和对铆枪外壳（后盖）的冲击，即全部能量消耗在电磁铆枪（系统）内部，可不用固定在另外基座上，工艺灵活性高，易实现近于全位置操作。

自冲铆接方法过程说明：1、在固紧套筒内、冲头下放半孔自冲铆钉，此过程可以手动，也可以实现半自动或自动化。2、把被连接件置于固紧套筒和凹模中间，固紧套筒向下运动到被连接件上，被连接件被固定在固紧套筒和凹模中间。3、低压电磁铆接装置充电完毕后，通过控制箱对电磁铆枪中的初级线圈放电，初级线圈和驱动片之间产生的脉冲磁场力经过应力波调制器作用转化为脉冲载荷，经冲头推动半孔自冲铆钉向下高速运动，半孔自冲铆钉开始冲切冲头侧的被连接件。4、在惯性作用下，半孔自冲铆钉继续高速运动，半孔自冲铆钉侧壁高速切断穿过冲头侧的被连接件，同时半孔自冲铆钉本身在凹模作用下沿径向张开，此时凹模侧的被连接件产生塑性变形并形成封闭自锁结构。5、在工艺参数合适的条件下，冲头并不与被连接件发生冲击接触，当其向下运动停止时，被压缩的弹簧开始伸展，带动冲头、应力波调制器和驱动片反向运动，直到和初级线圈接触、停止运动，固紧套筒松开压紧并返回，由此完成一个铆接工作循环，所用时间为2-10秒。6、在上述过程中，半孔自冲铆钉形成一个环套状的封闭端，冲头侧被切断的材料填充了半孔自冲铆钉孔并且不可拆卸地被封闭起来。

具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式的减震体23为减震弹簧、橡胶或者橡胶弹簧。根据需要选定。其它与实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式的被连接件11由叠放在一起的两层金属板材或三层金属板材构成，三层金属板材的总高度可达15mm。金属板材为纯金属板材或合金板材。如此设置，可对不同材质金属板材进行铆接。其它与实施方式四相同。

电磁铆接工作原理：通过控制箱10闭合电磁铆接充电开关19，连通由整流器22、限流电阻R和电容器组C构成的低压电磁铆接装置1的充电回路。外网380V或220V电源通过充电回路对电容器组C充电。当充电至预设电压后，通过控制箱13断开电磁铆接充电开关19，切断充电回路。再通过控制箱13控制高压脉冲发生器20产生高压脉冲触发高频晶闸管放电开关21，导通由电容器组C、电磁铆枪2中的初级线圈4构成的放电回路。由于电容器组C和初级线圈3构成典型的RLC回路，通过初级线圈4的放电电流具有衰减震荡特性，根据电磁感应定律，该电流使与之邻近的高导电率驱动片5中产生感应电流，而后者又产生感应磁场。由此，线圈电流磁场和感应电流磁场在初级线圈4和驱动片5间隙内产生叠加而增强。这一增强磁场和驱动片感应电流作用使驱动片5受到轴向向下的脉冲载荷，再通过应力波调制器6的放大作用后，通过冲头8作用于半孔自冲铆钉10的上端面，在凹模12的共同作用下，使半孔自冲铆钉10穿入被连接件11实现半孔自冲铆钉10的变形和连接过程。

Claims (5)

1.一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置，其特征在于：所述自冲铆接装置由电磁铆枪（2）、凹模（12）、低压电磁铆接装置（1）和控制箱（13）组成；电磁铆枪（2）由初级线圈（4）、驱动片（5）、应力波调制器（6）、压缩弹簧（7）、冲头（8）、电磁铆枪手柄（14）、减震体（23）、定位环（27）和铆枪外壳构成；铆枪外壳的内腔为沿轴向贯通的空腔，铆枪外壳由外径大的大圆柱形筒（3）、前盖、后盖（25）和固紧套筒（9）组成，前盖由圆台形筒（18）和冲头导向筒（17）组成，电磁铆枪手柄（14）与后盖（25）固接，冲头导向筒（17）和固紧套筒（9）均为外径小的小圆柱形筒，外径大的大圆柱形筒（3）的下端内壁上嵌有用于初级线圈（4）定位的定位环（27），圆台形筒（18）的上端面外径大于其下端面外径，圆台形筒（18）的上端面与外径大的大圆柱形筒（3）的下端面固接，圆台形筒（18）的下端面与冲头导向筒（17）的上端面固接或者二者制成一体，冲头导向筒（17）的下端面与固紧套筒（9）的上端面相靠或固接，减震体（23）、初级线圈（4）、驱动片（5）和应力波调制器（6）由上至下依次设置在上铆枪外壳内，减震体（23）固定在初级线圈（4）和后盖（25）之间，初级线圈（4）与驱动片（5）紧密接触，冲头（8）设置在应力波调制器（6）的下方，驱动片（5）与应力波调制器（6）固接，应力波调制器（6）与冲头（8）制成一体或分为两体，冲头（8）的下端设置在固紧套筒（9）内，压缩弹簧（7）设置在圆台形筒（18）内且套装在冲头（8）上，压缩弹簧（7）的上端通过应力波调制器（6）的外壁限位，压缩弹簧（7）的下端通过圆台形筒（18）的内壁限位，冲头（8）与冲头导向筒（17）和固紧套筒（9）的内壁滑动配合，凹模（12）设置在电磁铆枪（2）的正下方，凹模（12）的中心线与冲头（8）的中心线同轴，控制箱（13）的两个控制信号输出端中的一个用于控制低压电磁铆接装置（1）的电磁铆接充电开关（19）通断，控制箱（13）的两个控制信号输出端中的剩余一个与低压电磁铆接装置（1）的高压脉冲发生器（20）的信号输入端连接，该高压脉冲发生器（20）的信号输出端用于控制低压电磁铆接装置（1）的高频晶闸管放电开关（21）通断，低压电磁铆接装置（1）的放电信号正极输出端与电磁铆枪（2）的初级线圈（4）的始端连接，低压电磁铆接装置（1）的放电信号负极输出端与电磁铆枪（2）的初级线圈（4）的末端连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置，其特征在于：低压电磁铆接装置（1）由电磁铆接充电开关（19）、电容器组（C）、限流电阻（R）、整流器（22）、高频晶闸管放电开关（21）和高压脉冲发生器（20）组成；电源的两端分别与整流器（22）的两个交流电压输入端连接，整流器（22）的直流电压正极输出端与限流电阻（R）的一端连接，限流电阻（R）的另一端与电磁铆接充电开关（19）的一端连接，电磁铆接充电开关（19）的另一端分别与高频晶闸管放电开关（21）的一端及电容器组（C）的正极端连接，高频晶闸管放电开关（21）的另一端为低压电磁铆接装置（1）的放电信号正极输出端，整流器（22）的直流电压负极输出端及电容器组（C）的负极端均与低压电磁铆接装置（1）的放电信号负极输出端连接，高压脉冲发生器（20）的信号输出端与高频晶闸管放电开关（21）的放电控制信号输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置，其特征在于：减震体（23）为减震弹簧、橡胶或者橡胶弹簧。

4.一种利用权利要求1所述的装置实现脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：先将被连接件（11）置于凹模（12）上，将半孔自冲铆钉（10）置于被连接件（11）与凹模（12）背离一侧板件表面且位于欲铆接位置处，半孔自冲铆钉（10）设置在电磁铆枪（2）的固紧套筒（9）内并位于冲头（8）的下方，冲头（8）的中心轴线与凹模（12）的中心轴线同轴，铆接时，通过自冲铆接装置的控制箱（13）闭合低压电磁铆接装置（1）的电磁铆接充电开关（19），连通由整流器（22）、电源、限流电阻（R）和电容器组（C）构成的低压电磁铆接装置（1）的充电回路，对电容器组（C）充电，电容量为10000-140000μF，当充电完毕，通过控制箱（13）断开低压电磁铆接装置（1）的电磁铆接充电开关（19），切断充电回路；通过控制箱（13）控制高压脉冲发生器（20）产生高压脉冲触发高频晶闸管放电开关（21），使之闭合，导通由电容器组（C）和电磁铆枪（2）中的初级线圈（4）构成的放电回路，电容器组（C）放电，放电电压为300-1000V，使电磁铆枪（2）上的驱动片（5）受到轴向向下的脉冲载荷作用，再通过电磁铆枪（2）上的应力波调制器（6）放大后通过冲头（8）作用于半孔自冲铆钉（10）上，使半孔自冲铆钉（10）的自锁端穿透被连接件（11）并在凹模（12）的共同作用下，在被连接件（11）与凹模（12）接触的一侧板件内部形成自锁结构，实现半孔自冲铆钉（10）的自冲铆接，初级线圈（4）同样受到冲击载荷作用，使之产生背离驱动片（5）的后坐运动，其冲量通过电磁铆枪（2）内的减震体（23）的压缩变形抵消。

5.根据权利要求4所述的一种利用脉冲磁场力加载的半孔铆钉自冲铆接装置，其特征在于：减震体（23）为减震弹簧、橡胶或者橡胶弹簧。

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