手持式电磁铆接设备研制及铆接工艺性能研究

发布时间：2020-08-28 16:45

　　电磁铆接作为一种新型铆接工艺,具有加载速率快、干涉量均匀等特点,已被广泛应用于航天航空等领域。在国外,电磁铆接设备已实现了手持式,并取得了巨大的经济效益。在国内,由于对电磁铆接技术研究还不完善,导致研制的手持式电磁铆接设备存在充电速度慢、能量利用率低和铆枪笨重等缺点。本文通过电路仿真、数值求解和试验相结合的方法,在充电回路、放电回路和控制系统分析的基础上,对手持式电磁铆接设备进行了较为系统的研究。在充电回路分析中,基于恒流充电的基础上通过理论推导和电路仿真研究了不同连接方式对电容组充电时间、各电容器电压分配及放电电流幅值的影响。研究结果表明,采用恒流充电能实现快速充电,满足设计要求;相比于电容并联充电而言,多组电容串联使用时易造成电压分配不均;电容组采用两两串联后再四组并联充电能够更有效的缩短电容组充电时间,能提高放电电流上升速率和放电电流幅值,进而提高设备的能量利用率。在放电回路分析中,以同轴双圆环线圈结构为基本单元,通过累加求和的方法建立了成形线圈与驱动铜片整体互感值方程和放电回路参数方程,借助实测值对模型进行修正及数值求解。研究结果表明,提高放电电压,有利于增大电磁力,成形线圈内导线轴向宽度和径向宽度分别在5～15mm和1～2.5mm范围内变化时,电磁力先增大后减小。通过人工鱼群算法得到较优的铆枪设计参数为:r_(xw)=25mm、a_x=0.9mm、b_x=10mm、b_c=7mm、K=5.1×10~4N·m~(-1)、C_d=180N·s·m~(-1)、m_(rz)=1.2kg,根据优化后的参数对手持式电磁铆枪结构进行了设计。在控制系统分析中,以PLC作为设备主体控制元件,并选用触摸屏作为人机界面。根据设备所需功能,分别对设备总体控制系统硬件及软件进行了选型和设计,实现了PLC与恒流充电电源的自由口通讯及外部电路控制,达到了手持式电磁铆接设备可视化控制的目的。在设计的基础上将各部分进行加工和组装,对手持式电磁铆接设备进行了整体调试,结果表明,采用恒流充电单次充电时间小于6s,可实现一分钟10次的铆接;铆枪重量为2.75kg,便于手持;在500V内可实现φ6mmA11040铆钉的铆接,在700V下可实现φ8 mmA11040铆钉的铆接。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG49
【部分图文】：

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１．２电磁铆接原理与特点逡逑电磁铆接是电磁成形技术在机械连接领域的应用，可实现电能－磁场能－机械能的逡逑转换。电磁铆接原理如图１－３所示，按照电磁铆接的工作过程可将其划分为充电回路，逡逑

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逑接设备进行研宄。逡逑．１）sE逡逑图１－１手持式电磁铆枪ＨＨ５０３［１７］逦图１－２应用于空客Ａ３８０自动钻锁［１８］逡逑１．２电磁铆接原理与特点逡逑电磁铆接是电磁成形技术在机械连接领域的应用，可实现电能－磁场能－机械能的逡逑转换。电磁铆接原理如图１－３所示，按照电磁铆接的工作过程可将其划分为充电回路，逡逑放电回路及控制系统。在充电回路中，交流电首先经过变压器升压及整流元件整流后逡逑对电容器组充电，当电容组两端电压等于预设充电电压后，断开充电回路，接通放电逡逑回路，电容组中储存的能量通过成形线圈瞬间释放并在成形线圈周围产生强磁场，由逡逑于磁场的作用使得驱动铜片中产生感应涡流，进而产生涡流磁场，原磁场和涡流磁场逡逑的相互作用在放大器的输入端形成一历时短，强度高的应力脉冲并经过不断的反射和逡逑透射［４２

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