一种重型电磁铆枪的制作方法

本发明涉及电磁铆枪领域，尤其涉及一种重型电磁铆枪。

背景技术：

电磁铆接是一种新型的铆接工艺，利用脉冲磁场力使金属坯料变形的高速加载成形方法，作为解决难成形材料铆钉、大直径铆钉和复合材料结构铆接难题的一种关键技术，已应用于航空航天领域，在汽车、船舶、桥梁工程中也有广阔的应用前景。

目前电磁铆接设备一般是一种通用结构，在实际应用中存在不少问题，如铆接能力无法完成大直径铆钉成形或大直径、厚夹层高干涉量干涉配合紧固件安装，无法解决铆枪水平对中和易产生倾覆力矩的问题，同时铆接过程后坐力较大时，铆枪不能提供较好的减振缓冲功能，导致铆接作业人机操作不友好，铆接效率低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种重型电磁铆枪。

本发明采用如下技术方案：

一种重型电磁铆枪，包括铆枪主体部、驱动部以及手柄部，所述铆枪主体部包括壳体，所述驱动部设置在所述壳体内，所述驱动部包括第一缓冲机构，所述手柄部包括操作手柄，所述操作手柄与所述壳体采用分体式结构，并且之间设置有第二缓冲机构。

进一步的，所述第一缓冲机构包括与所述驱动部相连接的缓冲弹簧，所述壳体的端部设置有质量块，所述质量块与所述缓冲弹簧相抵触；所述第二缓冲机构包括第一支座和第二支座，所述手柄部还包括与所述操作手柄相连接的手柄中轴，所述手柄中轴与所述壳体的底部滑动连接，并且一端间隙配合穿过所述第一支座，所述第一支座的顶部与所述壳体固定连接，所述第二支座与所述手柄中轴固定连接，所述第一支座与所述第二支座之间固定设置有阻尼器，所述阻尼器的外部套设有阻尼器弹簧。

进一步的，所述驱动部包括设置在所述壳体内的芯轴，沿着所述芯轴依次设置有铆模、应力放大器、电磁挡板、次级线圈、初级线圈、直线轴承、轴套筒以及芯轴套，所述次级线圈沿厚度方向至少/的厚度装入所述壳体并与所述壳体前端内表面接触，所述初级线圈装入所述壳体内腔并与所述壳体内表面接触，所述轴套筒和所述芯轴套安装在所述芯轴上并与所述壳体内腔中心圆周方向接触，所述芯轴的末端与所述缓冲弹簧相连接。

进一步的，所述次级线圈与所述初级线圈在自然状态下间隔5-10mm。

进一步的，所述壳体的中部连接有悬挂架。

进一步的，所述壳体的端部边缘处沿其周向均布有卡盘。

进一步的，所述手柄中轴的一端还设置有呈半圆弧状的手柄支座，所述手柄支座开口端的两侧分别设置有水平支座，所述水平支座上设置有水平指示灯以及水平泡。

进一步的，所述手柄部还包括一端设置有螺纹的扶把手，所述手柄支座沿其圆周方向间隔设置有多个与所述扶把手连接的螺纹孔。

进一步的，所述操作手柄与所述手柄中轴通过连接件配合固定连接，并且所述操作手柄上设置有凸轮，所述手柄中轴上相对应位置开设有与所述凸轮相适配的凸轮槽。

进一步的，所述操作手柄包括手柄主体，所述手柄主体上设置有指示灯以及照明灯。

本发明具有以下有益效果:

1、本发明铆枪总体结构偏重，可安装较大的初级线圈，实际使用过程中可产生较大的电磁力，但由于质量比大所以产生的后坐力较小，且采用操作手柄和壳体分离式连接方式，避免操作过程中后坐力直接作用在操作工人身上，同时设计了双缓冲结构，可消耗70％-90％的铆接后坐力，提高操作的安全性。

2、次级线圈沿厚度方向至少1/2的厚度装入壳体并与壳体前端内表面接触，初级线圈装入壳体内腔并与壳体内表面接触，轴套筒和芯轴套安装在芯轴上并与壳体内腔中心圆周方向接触，芯轴末端的缓冲弹簧与质量块接触并处于压缩状态，上述接触形成了多点支撑，最大程度保证铆接过程中铆枪垂直于加工表面，确保铆枪不产生倾覆力矩，提高接头质量和使用寿命。

3、铆枪在使用前将初级线圈和次级线圈隔开5-10mm的安全距离，即使误操作导致触发也不会使线圈间产生电磁力，对操作人员造成伤害，提高了安全性。

4、壳体的悬挂机构安放位置恰好使得铆枪在吊装后进行铆接作业时，吊装位置恰好位于铆枪的重心，同时水平支座上设置有水平指示灯以及水平泡可以帮助操作人员判断铆枪是否在水平位置，壳体可预留安装卡盘能够进一步提高铆枪的对中性能，在铆接过程中，铆接力最大限度沿铆钉或紧固件轴线方向施加，保证铆接质量。

附图说明

下面结合附图对本发明作优选的说明：

图1为本发明铆枪整体装配图；

图2为本发明驱动部立体结构示意图；

图3为本发明铆枪主体剖视结构示意图；

图4为本发明铆枪主体立体结构示意图；

图5为本发明第二缓冲机构结构图；

图6为本发明操作手柄剖视图；

图7为本发明手柄凸轮结构示意图；

图8为本发明双缓冲机构等效模型示意图；

图9为本发明不同初级线圈尺寸对应电磁力曲线的模拟仿真示意图；

图中标记为:1、壳体；2、操作手柄；5、缓冲弹簧；6、质量块；7、第一支座；8、第二支座；9、手柄中轴；10、阻尼器；11、阻尼器弹簧；12、芯轴；13、铆模；14、应力放大器；15、电磁挡板；16、次级线圈；17、初级线圈；18、悬挂架；19、夹板；20、手柄支座；21、水平支座；22、水平指示灯；23、水平泡；24、扶把手；25、螺纹孔；26、凸轮；27、手柄主体；28、指示灯；29、照明灯；30、支撑块；31、尼龙底座；32、直线轴承；33、冷却器接头；35、电缆套；36、扳机；37、充电开关；38、手柄盖；39、指示灯盖板；40、导线接头；41、孔；42、通孔。

具体实施方式

如图1-8所示，为本发明的一种重型电磁铆枪，包括铆枪主体部、驱动部以及手柄部，铆枪主体部包括壳体1，驱动部设置在壳体1内，驱动部包括第一缓冲机构，手柄部包括操作手柄2，操作手柄2与壳体1采用分体式结构，并且之间设置有第二缓冲机构。

如图1所示，铆枪采用操作手柄和壳体分离式连接方式，避免操作过程中后坐力直接作用在操作工人身上，同时设计了双缓冲结构，可消耗70％-90％的铆接后坐力，提高操作的安全性。

具体的，如图1和图5所示，第一缓冲机构包括与驱动部相连接的缓冲弹簧5，壳体1的端部设置有质量块6，质量块6与缓冲弹簧5相抵触；第二缓冲机构包括第一支座7和第二支座8，手柄部还包括与操作手柄2相连接的手柄中轴9，手柄中轴9与壳体1的底部滑动连接，并且一端间隙配合穿过第一支座7，第一支座7的顶部与壳体1固定连接，第二支座8与手柄中轴9固定连接，第一支座7与第二支座8之间固定设置有阻尼器10，阻尼器10的外部套设有阻尼器弹簧11。

本发明所述的重型电磁铆枪重量为45kg，驱动系统为5kg，质量比为9(质量比为铆枪质量比驱动系统质量，质量比越大，铆枪的后坐力越小，当前手持式电磁铆枪一般为5-15kg左右，其中最轻的铆枪为3kg左右)。

铆枪提供的电磁力是依靠初级线圈和次级线圈之间产生的电磁力作用于铆钉或螺栓等紧固件上完成变形或安装，其产生电磁力的大小就铆枪结构而言，铆枪所安放的初级线圈尺寸越大，则产生的电磁力越大(见附图9，初级线圈尺寸越大，电磁力曲线反映的峰值力越大，此附图只是反映规律的大致情况，不对应某一确定情况下试验测试的真实情况)

当前的铆枪结构一般装载的初级线圈外径尺寸为60-100mm，而本发明提所述的重型铆枪可安放130mm的初级线圈，有效的提高了电磁力，而直径越大的铆钉及紧固件，或安装夹层较厚、安装干涉量较大时，所需要的铆接力就越大，本发明所述的电磁铆枪可有效解决上述问题(其他铆枪也可能会解决，但质量越轻的铆枪后坐力越大，对操作工人不友好，而本发明有较大的质量比和良好的缓冲设计——第一缓冲机构和第二缓冲机构，可在轻易获得较大电磁力的同时，又避免产生较大的铆接后坐力)，按照航空航天的标准，紧固件最大的直径为12mm，而本发明所述的重型电磁铆枪可在大干涉量下(2.5％的干涉量)安装14mm直径的紧固件。

电磁铆枪采用“质量块(即质量块6)+弹簧+质量块(即驱动部末端)”和“质量块(即第一支座7)+弹簧+阻尼+质量块(即第二支座7)”的双缓冲u形结构，在第一级缓冲结构中，质量块6和壳体1通过4个螺栓连接，支撑块30和壳体1通过2个螺栓连接，壳体1和质量块6之间凹槽放置缓冲弹簧5，缓冲弹簧5后端置于质量块6中心凹槽处，其那段与驱动部末端接触；第二级缓冲结构中，第二支座8上部采用4个螺栓对称固定在手柄中轴9底部，第一支座7通过螺钉固定在壳体1上，第一支座7和第二支座8之间安装阻尼器10，阻尼器10外表面穿套一阻尼器弹簧11，阻尼器10放置在铆枪主体下部，无需外壳包裹以减小铆枪整体体积，第一支座7和第二支座8在起到连接作用的同时也在减小铆接后坐力，起到质量块利用惯性消耗能量的作用。

如图8所示，壳体1质量为m1，缓冲弹簧5弹性系数k1，质量块6质量为m2构成第一级缓冲；前弹簧支座质量为m3，阻尼器阻尼系数为c1，阻尼器弹簧弹性系数为k2，阻尼器支座质量为m4构成第二级缓冲，两级缓冲之间通过壳体1和第一支座7连接构成一个整体，壳体1下部安装有一个滑块，另一滑块安装在支撑块30底部，支撑块30通过沿壳体1或质量块6轴线方向的螺纹和壳体1、质量块6连接，质量块6与支撑块30之间用0.1mm薄钢片弥补定位后的间隙，通过滑块与手柄中轴9上的滑轨滑动连接，铆枪主体在铆接后坐力作用下通过滑轨滑块回弹滑行距操作手柄最小距离不低于45mm，不影响人员正常操作手柄。

如图1和图2所示，驱动部包括设置在壳体1内的芯轴12，沿着芯轴5依次设置有铆模13、应力放大器14、电磁挡板15、次级线圈16、初级线圈17、直线轴承18、轴套筒19以及芯轴套20，次级线圈16沿厚度方向至少1/2的厚度装入壳体1并与壳体1前端内表面接触，初级线圈17装入壳体1内腔并与壳体1内表面接触，轴套筒19和芯轴套20安装在芯轴12上并与壳体1内腔中心圆周方向接触，芯轴12的末端与缓冲弹簧5相连接。

由铆模13、应力放大器14、电磁挡板15、次级线圈16和芯轴12组成驱动头，上述接触对驱动头形成多点支撑，最大程度保证铆接过程中铆枪垂直于加工表面，使铆枪在铆接过程时不产生倾覆力矩，提高接头质量和使用寿命。初级线圈17的外径为130mm，其伸出端通过尼龙底座31沿芯轴12轴线方向平行伸出，装配时先将直线轴承32装入铆枪的壳体1内腔，再安装初级线圈17，本发明铆枪可安装外径为130mm的初级线圈，而一般手持式电磁铆枪的初级线圈外径不超过100mm，在放电电容和放电电压相同的情况下，更大的初级线圈外径可使得导线截面积越大，允许通过更大的放电电流，产生更大的电磁铆接力，可铆接5-8mm的铆钉和安装4-14mm的干涉配合紧固件。

次级线圈16与初级线圈17在自然状态下间隔5-10mm，铆枪不触发时初级线圈17与次级线圈16间隔5-10mm安全距离，这样即使误操作导致触发也不会使线圈间产生电磁力对操作人员造成伤害。

如图3和图4所示，壳体1的中部连接有悬挂架18，铆枪主体由壳体1、质量块6、支撑块30、两个滑块等组成，壳体1上部预留进气口并安装冷却器接头33，壳体1可通过夹板34与悬挂架18连接，壳体1和后质量块6左右两侧铣出平面用于安放夹板34，壳体1平面开有4个用于安装不同形式夹板19的m8×22的悬挂机构安装孔和1个冷却用m8的通孔，悬挂架安装孔的位置应确保悬挂架18安装在铆枪的重心位置，壳体1内部中心轴线方向开有通孔，并开有凹槽用于安放电缆套35，凹槽下方垂直于中心轴线方向开有通孔，电缆线从该孔进去插入电缆套35和初级线圈17的伸出端呈90°连接，在壳体设计的悬挂机构安放孔的位置可保证铆枪恰好被悬挂机构吊装在重心的位置。

如图4所示，壳体1的端部边缘处沿其周向均布有卡盘19，卡盘19可进一步提高铆枪的对中性能。

如图5所示，手柄中轴9的一端还设置有呈半圆弧状的手柄支座20，手柄支座20开口端的两侧分别设置有水平支座21，水平支座21上设置有水平指示灯22以及水平泡23，手柄中轴9内开有通孔，导线经过手柄中轴9内通孔进入到手柄支座20，再连接到水平指示灯22上，所述水平指示灯22安装在水平支座20斜面上，水平泡23粘在水平支座21上，水平支座21安放的水平泡23和水平指示灯22可帮助操作人员判断铆枪是否处在水平位置。

手柄部还包括一端设置有螺纹的扶把手24，手柄支座20沿其圆周方向间隔设置有多个与扶把手24连接的螺纹孔25，梯形圆锥结构设计的扶手把更加人性化，并在手柄支座20上设计了9个可安装扶手把的螺纹孔25，使操作者工作更加舒服，在操作手柄设计时，操作手柄设计成一定曲率，更为适合人手把握姿势，同时，在增大了操作手柄于手掌的接触面积，也就降低了人手单位面积上的受力大小，降低了铆接后坐力对人手的阵痛感。

如图6和图7所示，操作手柄2与手柄中轴9通过连接件配合固定连接，并且操作手柄2上设置有凸轮26，手柄中轴9上相对应位置开设有与凸轮26相适配的凸轮槽，操作手柄2与手柄中轴9采用手柄螺母紧配合，操作手柄2与手柄中轴9连接处通过凸轮26设计，保证操作手柄2工作时不能转动。

操作手柄2包括手柄主体27，手柄主体27上设置有指示灯28以及照明灯29，操作手柄2包括手柄主体27、扳机36、充电开关37、手柄盖38、2个指示灯28、1个照明灯29和指示灯盖板39，指示灯28和照明灯29放置在操作手柄2正面的上部位置，2个指示灯28露出指示灯盖板39，照明灯29埋入指示灯盖板39下面，手柄主体铣有深槽用于安放扳机36和充电开关37，并用螺钉连接将通槽覆盖手柄盖38，手柄主体27内中心沿轴线方向开有通孔，导线经操作手柄2下方导线接头40与指示灯28、照明灯29及开关连接，手柄主体27和手柄中轴9处连接处垂直手柄轴线方向、沿手柄中轴轴线方向开有一7mm的孔41，并在手柄主体27下端开有一直径相同的通孔42，导线由操作手柄2接入，经过手柄中轴9、手柄支座20连接到水平支座20的水平指示灯22上。

在本实例中，一种重型电磁铆枪实施过程，包括以下步骤：

(1)对中操作：重型电磁铆枪通过悬挂机构吊起与铆接加工表面垂直，当水平泡处于零刻度时，水平指示灯亮，证明铆枪此时处于水平位置，根据实际工作环境，可安装卡盘进一步提高对中精度，此时铆模顶住工件，缓冲弹簧压缩顶住芯轴套；

(2)充电操作：在对中顶住工件后，按压操作手柄充电开关，针对不同使用环境、使用对象如5-8mm铆钉、4-14mm干涉配合紧固件，电压可通过电磁铆接设备控制系统调节，正在充电和充电完成的状态可通过操作手柄上的指示灯查看；

(3)铆接作业：待操作手柄充电完成指示灯提示后，按压扳机，从壳体下端伸入壳体的电缆线放电，电缆线通过电缆套将电流传递到初级线圈，初级线圈与次级线圈之间产生电磁斥力，电磁力通过应力放大器传递到铆模上，对工件施加作用力，完成铆接作业；

(4)恢复：在铆枪对工件施加作用力的同时，工件也会对铆枪产生一个后座力，产生的后坐力首先挤压芯轴弹簧，带动壳体和后质量块通过滑轨滑块机构向后移动，接下来，壳体带动前弹簧支座挤压阻尼器和阻尼器弹簧，将力传递到阻尼器支座上，通过这种设计，可消耗70％-90％的铆接后坐力，对操作人员没有明显影响，后坐力作用下铆枪主体通过滑轨滑块回弹滑行距操作手柄最小距离不低于45mm。

(5)重复上述1-4步，可完成在较大电磁力作用同时产生较小的铆接后坐力，降低操作人员劳动强度，提高铆接质量。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。