CN109702134B - 一种电液铆接装置及其铆击方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电液铆接装置及其铆击方法。现有铆接设备在使用一段时间后会因铆接枪机械受损，导致铆接件质量降低，铆接效率下降。本发明一种电液铆接装置，包括充放电电路、传输电缆、放电电极、冲击波传输管道、增压喷嘴、活塞缸体、活塞杆、铆锤、基座和增压油路。增压油路包括换向阀、液压泵、单向阀和油箱。放电电极设置在冲击波传输管道内，并与基座固定。放电电极呈圆柱形，包括同轴且由内到外依次排列设置的电极杆、绝缘管和电极管。充放电电路包括充电回路和放电回路。本发明通过在液体中的高压放电，使之产生强烈机械冲击波，并将其利用在铆接工艺上，提高了铆接的生产效率，降低了铆击过程中的机械损失。

Description

一种电液铆接装置及其铆击方法

技术领域

本发明属于铆接设备技术领域，具体涉及一种电液铆接装置及其铆击方法。

背景技术

目前在铆接工艺中，铆接通常是通过铆接枪或铆接机完成的。它们使用压力设备(气动或者液压)和专用的模具将两层或多层金属板件冷挤压成型，形成一个具有一定抗拉和剪切强度的内部镶嵌连接点的连接设备。但液压设备由于流体流动的阻力和泄露比较大，所以导致效率低下，不仅污染场地，还能引起火灾和爆炸事故。而且这些压力设备在使用一段时间后会因铆接枪机械受损，导致铆接件质量降低，铆接效率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电液铆接装置及其方法。

本发明一种电液铆接装置，包括充放电电路、传输电缆、放电电极、冲击波传输管道、增压喷嘴、活塞缸体、活塞杆、基座和增压油路。所述冲击波传输管道的一端与基座固定，另一端与增压喷嘴的入口端连接。所述增压喷嘴的出口段与活塞缸体的内端连通。所述活塞杆与活塞缸体的内腔构成滑动副。活塞杆伸出活塞缸体外。活塞杆将活塞缸体的内腔分隔为有杆腔和无杆腔。

所述的增压油路包括换向阀、液压泵、单向阀和油箱。所述液压泵的进液口与油箱连通，出液口与单向阀的输入口连通。单向阀的输出口与换向阀的进油口连通。换向阀的回油口与油箱连通。换向阀的工作油口通过活塞缸体上开设的回程进液孔与活塞缸体的有杆腔来连通。

所述的放电电极设置在冲击波传输管道内，并与基座固定。放电电极呈圆柱形，包括同轴且由内到外依次排列设置的电极杆、绝缘管和电极管。

所述的充放电电路包括充电回路和放电回路。所述的充电回路包括直流电源、电阻R1、储能电容C1和第五IGBT管Q5。直流电源的正极接电阻R1的一端。电阻R1的另一端接第五IGBT管Q5的漏极；第五IGBT管Q5的源极接储能电容C1的正极；储能电容C1的负极接直流电源的负极。所述的放电回路包括电感L1、第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4。第一IGBT管Q1及第二IGBT管Q2的漏极均接储能电容C1的正极；第一IGBT管Q1的源极接第三IGBT管Q3的漏极及电感L1的一端；电感L1的另一端接电极杆；第二IGBT管Q2的源极接第四IGBT管Q4的漏极及电极管；第三IGBT管Q3及第四IGBT管Q4的源极均接储能电容C1的负极。

进一步地，所述的增压喷嘴包括喷嘴套、第一收缩管、喷头、稳流器、金属密封圈和第二收缩管。所述的喷头、第一收缩管、第二收缩管依次排列设置在喷嘴套内。喷头及第一收缩管均与喷嘴套过盈配合。第二收缩管的内端与喷嘴套螺纹连接。喷头与第一收缩管嵌有一个金属密封圈。稳流器的一端与第二收缩管的入口端固定并连通。第一收缩管、第二收缩管的内侧面均为圆台面，且第一收缩管内侧面的锥度小于第二收缩管内侧面的锥度。喷嘴套的出口端与活塞缸体的无杆腔固定并连通。稳流器的入口端与冲击波传输管道远离基座的那端固定并连通。

进一步地，所述第二收缩管入口端的内径、稳流器的内径及冲击波传输管道的内径相等。第二收缩管出口端的内径等于第一收缩管的入口端的内径。第一收缩管的出口端内径、喷头的内径及活塞缸体的内径相等。

进一步地，所述的增压喷嘴还包括连接螺母和套管。所述的连接螺母与喷嘴套同轴设置，且构成转动副。套管与连接螺母螺纹连接，并套住第一收缩管、第二收缩管、稳流器。

进一步地，所述的充放电电路还包括控制器。第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4、第五IGBT管Q5的栅极与控制器的五个I/O口分别连接。所述的第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4及第五IGBT管Q4均集成在IPM模块中。

进一步地，所述的冲击波传输管道、增压喷嘴及活塞缸体内充满液体。

进一步地，所述的换向阀采用二位三通电磁换向阀。

进一步地，所述电极杆的直径为10mm；所述电极管的内径为58mm。电极杆的材质为铜；电极管的材质为不锈钢。

进一步地，本发明一种电液铆接装置还包括铆锤。活塞杆伸出活塞缸体外的那端铆锤固定。

该电液铆接装置的铆击方法具体如下：

步骤一、换向阀切换至活塞缸体的有杆腔与液压泵连通的状态，且液压泵启动，使得冲击波传输管道内液体的压强达到预设压力。同时，控制器控制第五IGBT管Q5导通；直流电源经电阻R1为储能电容C1充电。

步骤二、储能电容C1充电完成后，用铆锤抵住铆钉。

步骤三、控制器控制第五IGBT管Q5截止。之后，控制器控制第一IGBT管Q1、第四IGBT管Q4导通或控制第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3导通，使得储能电容C1与放电电极形成回路。同时，换向阀切换至活塞缸体的有杆腔与油箱连通的状态。

步骤四、储能电容C1内的电能通过放电电极在冲击波传输管道中释放，通过在冲击波传输管道的液体中的高压放电反应，释放能量冲击波，并沿着冲击波传输管道向增压喷嘴传播。冲击波通过增压喷嘴后，对活塞杆产生冲击力，活塞杆向外推出，使得铆锤冲击铆钉。

步骤五、活塞杆的运动使固定在活塞杆前的铆锤开始动作，通过铆锤撞击铆钉，完成铆接。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过在液体中的高压放电，使之产生强烈机械冲击波，进而能够使得活塞杆向外传递一个迅速产生且巨大的冲击力。将该冲击力利用在铆接工艺上，能够提高了铆接的生产效率，降低了铆击过程中的机械损失，降低相关器件的劳动强度以及设备成本。

2、本发明利用高压直流电对储能电容进行充电，提高充电效率。

3、本发明使用IPM模块对充电系统进行控制，功率开关器件、驱动电路和故障检测电路集成在一起，减小了系统的体积，而且增强了系统的可靠性。

4、本发明通过高压喷嘴提高冲击波对活塞杆产生的冲击力，以增强铆接的效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中增压喷嘴的示意图；

图3为本发明中增压油路的示意图；

图4为本发明中充放电电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电液铆接装置，包括充放电电路101、传输电缆102、放电电极103、冲击波传输管道104、增压喷嘴105、活塞缸体106、活塞杆107、铆锤102、基座和增压油路。冲击波传输管道104的一端与基座固定并密封，另一端与增压喷嘴105的入口端连接。增压喷嘴105的出口段与活塞缸体106的内端连通。活塞杆107与活塞缸体106的内腔构成滑动副。活塞杆107伸出活塞缸体106外，并与铆锤固定。活塞杆107将活塞缸体106的内腔分隔为有杆腔和无杆腔。冲击波传输管道104、增压喷嘴105及活塞缸体106内充满液体。

如图2所示，增压喷嘴105包括喷嘴套401、连接螺母402、套管403、第一收缩管404、喷头405、稳流器406、金属密封圈407和第二收缩管。喷头405、第一收缩管404、第二收缩管依次排列设置在喷嘴套401内。喷头405及第一收缩管404均与喷嘴套401过盈配合。第二收缩管的内端与喷嘴套401螺纹连接。喷头405与第一收缩管404嵌有一个金属密封圈407，以避免液体泄漏。稳流器406的一端与第二收缩管的入口端固定并连通。第一收缩管404、第二收缩管的内侧面均为圆台面，且第一收缩管404内侧面的锥度小于第二收缩管内侧面的锥度(即第一收缩管404的收缩效果比第二收缩管更加明显)。喷嘴套401的出口端与活塞缸体106的无杆腔固定并连通。稳流器406的入口端与冲击波传输管道104远离基座的那端固定并连通。连接螺母402与喷嘴套401同轴设置，且构成转动副。套管403与连接螺母402螺纹连接，并套住第一收缩管404、第二收缩管、稳流器406。第二收缩管入口端的内径、稳流器406的内径及冲击波传输管道104的内径相等。第二收缩管出口端的内径等于第一收缩管的入口端的内径。第一收缩管的出口端内径、喷头405入口端的内径相等。喷头405是增压喷嘴的核心部件，使液体中高压放电后产生的液体冲击波在从喷头喷出后有较大的冲击压力。

如图3所示，增压油路包括换向阀302、液压泵303、单向阀304和油箱305。换向阀302采用二位三通电磁换向阀。液压泵303的进液口与油箱305连通，出液口与单向阀304的输入口连通。单向阀304的输出口与换向阀的进油口(P口)连通。换向阀的回油口(T口)与油箱305连通。换向阀的工作油口(A口)通过活塞缸体106上开设的回程进液孔301与活塞缸体106的有杆腔来连通。活塞缸体106有杆腔内充满液体。

放电电极103设置在冲击波传输管道104内，并与基座固定。放电电极103呈圆柱形，包括同轴且由内到外依次排列设置的电极杆P1、绝缘管和电极管P2。电极杆P1的直径为10mm；电极管P2的内径为58mm。电极杆P1的材质为铜；电极管P2的材质为不锈钢。

如图4所示，充放电电路101包括控制器、充电回路和放电回路。控制器采用单片机。充电回路包括直流电源DC1、电阻R1、储能电容C1和第五IGBT管Q5。直流电源DC1的正极接电阻R1的一端。电阻R1的另一端接第五IGBT管Q5的漏极；第五IGBT管Q5的源极接储能电容C1的正极；储能电容C1的负极接直流电源DC1的负极。

放电回路包括第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4。第一IGBT管Q1及第二IGBT管Q2的漏极均接储能电容C1的正极；第一IGBT管Q1的源极接第三IGBT管Q3的漏极及电感L1的一端；电感L1的另一端接电极杆P1；第二IGBT管Q2的源极接第四IGBT管Q4的漏极及电极管P2；第三IGBT管Q3及第四IGBT管Q4的源极均接储能电容C1的负极。第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4、第五IGBT管Q5的栅极与控制器的五个I/O口分别连接。第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4及第五IGBT管Q4均集成在IPM模块中。IPM模块的型号为PM1800HCE1700，其耐压值为1700V，最大电流为1800A。

该电液铆接装置的铆击方法具体如下：

步骤一、换向阀302切换至活塞缸体106的有杆腔与液压泵303连通的状态，且液压泵303启动，使得冲击波传输管道104内液体的压强达到预设压力(预设压力不同能够改变铆锤的冲击力和行程)。同时，控制器控制第五IGBT管Q5导通；直流电源DC1经电阻R1为储能电容C1充电，进而为电极103在液体中的放电储存能量。

步骤二、储能电容C1充电完成后(即储能电容C1的两端电压等于直流电源DC1的两端电压)，用铆锤抵住铆钉。

步骤三、控制器控制第五IGBT管Q5截止。之后，控制器控制第一IGBT管Q1、第四IGBT管Q4导通或控制第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3导通，使得储能电容C1与放电电极103形成回路。同时，换向阀302切换至活塞缸体106的有杆腔与油箱连通的状态。

此时，产生的电流随时间的变化函数为

其中，U₀为直流电源的输出电压；

L为电感L1的电感值；C为储能电容C1的电容值；R为电阻R1的电阻值。本实施例中，直流电源的电压值为1.42KV；储能电容C1选用高压电容器，其电容值为180uF，耐压值为5KV。

步骤四、储能电容C1内的电能通过放电电极103在冲击波传输管道104中释放，通过在冲击波传输管道104的液体中的高压放电反应，释放能量冲击波，并沿着冲击波传输管道104向增压喷嘴105传播。冲击波通过增压喷嘴105后，对活塞杆107产生冲击力，活塞杆107向外推出，使得铆锤冲击铆钉。由于此时活塞缸体的有杆腔与油箱连通，故活塞缸体的液体对活塞杆阻碍力较小。

步骤五、活塞杆107的运动使固定在活塞杆107前的铆锤102开始动作，通过铆锤102撞击铆钉，完成铆接。

Claims (10)

1.一种电液铆接装置，包括充放电电路、传输电缆、放电电极、冲击波传输管道、增压喷嘴、活塞缸体、活塞杆、铆锤、基座和增压油路；其特征在于：所述冲击波传输管道的一端与基座固定，另一端与增压喷嘴的入口端连接；所述增压喷嘴的出口段与活塞缸体的内端连通；所述活塞杆与活塞缸体的内腔构成滑动副；活塞杆伸出活塞缸体外，并与铆锤固定；活塞杆将活塞缸体的内腔分隔为有杆腔和无杆腔；

所述的增压油路包括换向阀、液压泵、单向阀和油箱；所述液压泵的进液口与油箱连通，出液口与单向阀的输入口连通；单向阀的输出口与换向阀的进油口连通；换向阀的回油口与油箱连通；换向阀的工作油口通过活塞缸体上开设的回程进液孔与活塞缸体的有杆腔来连通；

所述的放电电极设置在冲击波传输管道内，并与基座固定；放电电极呈圆柱形，包括同轴且由内到外依次排列设置的电极杆、绝缘管和电极管；

所述的充放电电路包括充电回路和放电回路；所述的充电回路包括直流电源、电阻R1、储能电容C1和第五IGBT管Q5；直流电源的正极接电阻R1的一端；电阻R1的另一端接第五IGBT管Q5的漏极；第五IGBT管Q5的源极接储能电容C1的正极；储能电容C1的负极接直流电源的负极；所述的放电回路包括电感L1、第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4；第一IGBT管Q1及第二IGBT管Q2的漏极均接储能电容C1的正极；第一IGBT管Q1的源极接第三IGBT管Q3的漏极及电感L1的一端；电感L1的另一端接电极杆；第二IGBT管Q2的源极接第四IGBT管Q4的漏极及电极管；第三IGBT管Q3及第四IGBT管Q4的源极均接储能电容C1的负极。

2.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述的增压喷嘴包括喷嘴套、第一收缩管、喷头、稳流器、金属密封圈和第二收缩管；所述的喷头、第一收缩管、第二收缩管依次排列设置在喷嘴套内；喷头及第一收缩管均与喷嘴套过盈配合；第二收缩管的内端与喷嘴套螺纹连接；喷头与第一收缩管嵌有一个金属密封圈；稳流器的一端与第二收缩管的入口端固定并连通；第一收缩管、第二收缩管的内侧面均为圆台面，且第一收缩管内侧面的锥度小于第二收缩管内侧面的锥度；喷嘴套的出口端与活塞缸体的无杆腔固定并连通；稳流器的入口端与冲击波传输管道远离基座的那端固定并连通。

3.根据权利要求2所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述第二收缩管入口端的内径、稳流器的内径及冲击波传输管道的内径相等；第二收缩管出口端的内径等于第一收缩管的入口端的内径；第一收缩管的出口端内径、喷头的内径及活塞缸体的内径相等。

4.根据权利要求2所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述的增压喷嘴还包括连接螺母和套管；所述的连接螺母与喷嘴套同轴设置，且构成转动副；套管与连接螺母螺纹连接，并套住第一收缩管、第二收缩管、稳流器。

5.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述的充放电电路还包括控制器；第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4、第五IGBT管Q5的栅极与控制器的五个I/O口分别连接；所述的第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4及第五IGBT管Q5均集成在IPM模块中。

6.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述的冲击波传输管道、增压喷嘴及活塞缸体内充满液体。

7.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述的换向阀采用二位三通电磁换向阀。

8.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：所述电极杆的直径为10mm；所述电极管的内径为58mm；电极杆的材质为铜；电极管的材质为不锈钢。

9.根据权利要求1所述的一种电液铆接装置，其特征在于：还包括铆锤；活塞杆伸出活塞缸体外的那端铆锤固定。

10.如权利要求9所述的一种电液铆接装置的铆击方法，其特征在于：步骤一、换向阀切换至活塞缸体的有杆腔与液压泵连通的状态，且液压泵启动，使得冲击波传输管道内液体的压强达到预设压力；同时，控制器控制第五IGBT管Q5导通；直流电源经电阻R1为储能电容C1充电；

步骤二、储能电容C1充电完成后，用铆锤抵住铆钉；

步骤三、控制器控制第五IGBT管Q5截止；之后，控制器控制第一IGBT管Q1、第四IGBT管Q4导通或控制第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3导通，使得储能电容C1与放电电极形成回路；同时，换向阀切换至活塞缸体的有杆腔与油箱连通的状态；

步骤四、储能电容C1内的电能通过放电电极在冲击波传输管道中释放，通过在冲击波传输管道的液体中的高压放电反应，释放能量冲击波，并沿着冲击波传输管道向增压喷嘴传播；冲击波通过增压喷嘴后，对活塞杆产生冲击力，活塞杆向外推出，使得铆锤冲击铆钉；

步骤五、活塞杆的运动使固定在活塞杆前的铆锤开始动作，通过铆锤撞击铆钉，完成铆接。

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