一种电磁铆接设备平板线圈的设计制造方法及平板线圈与流程

本发明涉及电磁铆接设备线圈设计制造技术领域，尤其涉及一种电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法及平板线圈。

背景技术：

随着科技的发展，工业装配制造领域对工件的装配精度、效率、可靠性提出了更高要求；电磁铆接技术凭借强大的优势，应用越来越广泛，尤其在航空航天大尺寸薄壁工件的连接方面。电磁铆接时冲击距离几乎为零，铆钉可短时间完成塑性变形；钉杆膨胀和墩头成形几乎是同步进行，干涉量相对均匀、配合间隙；夹层厚度结构亦可保证较好的铆接质量，接头疲劳寿命远高于普通铆接接头。电磁铆接多为一次成形，相对锤铆噪音污染低，同时也避免了多次铆接时材料的冷作硬化现象。可用于难成形材料铆钉的成形，避免锤铆时墩头处出现剪切破坏的现象；基于上述优势，电磁铆接技术有着广阔的应用前景。

然而，电磁铆接时放电线圈是为冲头提供动力的主要部件。线圈结构设计直接关乎到电磁铆接设备能量利用率，及自身的使用寿命。频繁更换线圈既会导致工艺不稳，亦会增加成本投入、影响生产工业生产进程。

目前，大多通过螺栓固定绕制好的线圈与线圈骨架，电磁铆接时线圈会受到一定的冲击力，线圈经常松动损坏。此外，线圈引线常常采用弯折扁铜线方式，或采用螺栓压紧接头方式引出，铜线弯折绝缘易损伤其经常发生折断，螺栓松动常常发生接头“打火”烧毁铜线。具体的，如申请专利cn105761900a线圈引线引出方式采用45度翻折，并且有多次直角弯折，铜线易发生损伤甚至折断；如传统的电磁铆接激励线圈的制造技术线圈引线接头采用螺栓压接，接头易发生“打火”烧毁铜线。因此，电磁铆接线圈必须拥有足够的机械强度以及良好的绝缘性能，还应考虑引线接头连接问题。放电线圈优化是推广应用电磁铆接技术必须解决的问题。

因此，针对以上不足，需要提供一种电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法及平板线圈。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法；还提供了一种平板线圈。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其特征在于，实现方法如下：

第一步：制作骨架：

根据铆接力以及安装尺寸设计骨架厚度；所述骨架上表面中心位置设置缠绕线圈的线圈绕柱，下表面中心设置线圈定位柱；在所述骨架上贯穿设置将线圈内侧接头引出的内侧接线柱；在所述骨架的外缘面设置环槽；

第二步：缠绕铜线：

铜线头部与所述内侧接线柱铆接固定，将铜线缠满所述线圈绕柱后留出余量剪断并将铜线剪断端与外侧接线柱铆接固定；

第三步：上胶固定：

采用外侧夹板和内侧夹板分别贴紧所述骨架上下表面，所述外侧夹板、所述内侧夹板以及所述骨架外缘面形成上胶空间；对所述上胶空间内上绝缘胶水形成胶环的同时粘合固定所述外侧接线柱。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第一步中，在所述骨架上设置一个与所述内侧接线柱形状匹配的贯穿孔，将所述内侧接线柱压入所述贯穿孔进行固定；所述线圈绕柱侧表面设置有与所述贯穿孔正对的容纳所述内侧接线柱的开口槽。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第二步中，将所述骨架的所述线圈定位柱利用四爪卡盘夹紧，四爪卡盘则由手动减速机驱动转动，一人缓慢摇动减速机，使所述骨架缓慢转动；一人捋直铜线，使铜线紧贴所述骨架表面慢慢缠绕在所述线圈绕柱上，同时用橡皮锤轻轻敲打已缠绕的铜线，使铜线紧贴所述骨架表面，并且缠绕紧密。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第二步中，铜线缠满后通过胶带使铜线与所述骨架固定，固定完毕后松开铜线，而后再留下设计余量将铜线剪断。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第二步中，铜线与所述外侧接线柱铆钉固定后，胶带将所述外侧接线柱固定在所述骨架的外缘处。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第二步中，所述内侧接线柱与所述外侧接线柱均与所述铜线通过铆钉固定；所述内侧接线柱与所述外侧接线柱均由铜制成，且两端开设有开槽；所述内侧接线柱与所述外侧接线柱，一端均设置有与所述开槽方向垂直的与所述铆钉配合铆接的铆接孔，所述铆接孔与所述开槽连通；连接时，铜线位于所述开槽内。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第三步中，所述绝缘胶水由环氧树脂、聚酰胺树脂和增韧剂；环氧树脂与聚酰胺树脂的配比为3:1，增韧剂为环氧树脂的5％。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第三步中，对所述上胶空间内上绝缘胶水形成胶环时，先刷上一层绝缘胶水，使胶水灌满线圈骨架的环槽，然后使用玻璃丝带在骨架外缘缠绕一圈，再在刚缠绕的玻璃丝带上刷绝缘胶水，而后继续缠绕玻璃丝带，这样往复交替，直至缠绕的玻璃丝带的厚度达到设计的胶环厚度。

本发明所述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其中：所述第一步中，铆接力计算方法如下：

铆接力模型建立：根据电磁铆接原理，将铆接过程可简化为放电线圈与驱动线圈模型；驱动片等效为半径不同的双线圈计算，两线圈的位置分别位于平均半径的两侧，故将驱动片可等效为五个单匝线圈进行计算；

铆接力求解：忽略线圈的电阻，由等效电路模型可以列出如下驱动线圈的电压平衡方程如下：

从s到p的位矢为：

r＝r-rs＝(rsinθ-acosφ′)ex-asinφ′ey+rcosθez；

根据毕奥-萨伐尔定律，圆环电流i在p点产生的磁感强度为

其中e，k分别为第一和第二全椭圆积分；

计算两共轴载流圆环线圈之间的作用力，设环心相距为a，它们的半径和电流分别为r1，i1和r2，i2，

由感应电流的原理可知，i1和i2的流向相反，为了求力可利用安培

力公式：

dfz＝-i2r2bρdφ2ez，

利用前面求出的铆接力公式进行求解，最终得到冲击力随时间的变化曲线。

本发明还提供了一种平板线圈，根据上述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其特征在于：所述平板线圈根据所述电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法制成。

实施本发明的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，具有以下

有益效果：

本发明从电磁铆接原理出发，分析线圈周围感应电流规律，结合毕奥-萨伐尔定律求解电磁铆接冲击力，根据铆接力大小指导线圈参数设计，可显著提高电磁铆接设备能量利用率；采用环氧树脂胶结合玻璃丝带紧固线圈及其骨架，既解决了高压放电时线圈的绝缘问题，又可以保证线圈使用时具有较高的机械强度；采用铆接引线接头，可有效防止引线接头松动打火；此外，采用高导电率铆钉铆接，使接头接触良好不会影响线圈导电。

附图说明

图1是本发明实施例一方法流程图；

图2是本发明实施例一平板线圈结构示意图；

图3是本发明实施例一骨架剖视图；

图4是本发明实施例一骨架俯视图；

图5是本发明实施例一内、外侧接线柱侧视图；

图6是本发明实施例一内、外侧接线柱俯视图；

图7是本发明实施例一铜线与接线柱连接示意图；

图8是本发明实施例一内侧夹板俯视图；

图9是本发明实施例一外侧夹板俯视图；

图10是本发明实施例一电磁铆接理论模型；

图11是本发明实施例一放电线圈的笛卡尔坐标；

图12是本发明实施例一两共轴截流圆环线圈；

图13是本发明实施例一不同电压下冲击力随时间变化曲线。

图中：1.外侧接线柱、2.内侧接线柱、3.胶环、4.骨架、5.线圈、6.接线柱(内侧接线柱和外侧接线柱)、7.铜线、8.铆钉、40线圈绕柱、41线圈定位柱、42环槽、43贯穿孔、90外侧夹板、91内侧夹板、400开口槽、60开槽、61铆接孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，同时参阅图2-13，本发明实施例提供的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其实现方法如下：

s01：制作骨架：

根据铆接力以及安装尺寸设计骨架4厚度；骨架4上表面中心位置设置缠绕线圈的线圈绕柱40，下表面中心设置线圈定位柱41；在骨架4上贯穿设置将线圈内侧接头引出的内侧接线柱2；在骨架4的外缘面设置环槽42；

s02：缠绕铜线：

铜线头部与内侧接线柱2铆接固定，将铜线缠满线圈绕柱40后留出余量剪断并将铜线剪断端与外侧接线1柱铆接固定；

s03：上胶固定：

采用外侧夹板90和内侧夹板91分别贴紧骨架4上下表面，外侧夹板90、内侧夹板91以及骨架4外缘面形成上胶空间；对上胶空间内上绝缘胶水形成胶环的同时粘合固定外侧接线柱1；

优选的：第一步中，在骨架4上设置一个与内侧接线柱2形状匹配的贯穿孔43，将内侧接线柱2压入贯穿孔43进行固定；线圈绕柱40侧表面设置有与贯穿孔43正对的容纳内侧接线柱2的开口槽400。

优选的：第二步中，将骨架4的线圈定位柱41利用四爪卡盘夹紧，四爪卡盘则由手动减速机驱动转动，一人缓慢摇动减速机，使骨架4缓慢转动；一人捋直铜线，使铜线紧贴骨架4表面慢慢缠绕在线圈绕柱40上，同时用橡皮锤轻轻敲打已缠绕的铜线，使铜线紧贴骨架表面，并且缠绕紧密。

优选的：第二步中，铜线缠满后通过胶带使铜线与骨架4固定，固定完毕后松开铜线，而后再留下设计余量将铜线剪断。

优选的：第二步中，铜线与外侧接线柱1铆钉8固定后，胶带将外侧接线柱1固定在骨架4的外缘处。

优选的：第二步中，内侧接线柱2与外侧接线柱1均与铜线7通过铆钉8固定；内侧接线柱2与外侧接线柱1均由铜制成，且两端开设有开槽60；内侧接线柱2与外侧接线柱1，一端均设置有与开槽60方向垂直的与铆钉8配合铆接的铆接孔61，铆接孔61与开槽60连通；连接时，铜线7位于开槽内。

优选的：第三步中，绝缘胶水由环氧树脂、聚酰胺树脂和增韧剂；环氧树脂与聚酰胺树脂的配比为3:1，增韧剂为环氧树脂的5％。

优选的：第三步中，对上胶空间内上绝缘胶水形成胶环时，先刷上一层绝缘胶水，使胶水灌满线圈骨架4的环槽42，然后使用玻璃丝带在骨架4外缘缠绕一圈，再在刚缠绕的玻璃丝带上刷绝缘胶水，而后继续缠绕玻璃丝带，这样往复交替，直至缠绕的玻璃丝带的厚度达到设计的胶环厚度。

优选的：第一步中，铆接力计算方法如下：

如图10所示，铆接力模型建立：根据电磁铆接原理，将铆接过程可简化为放电线圈与驱动线圈模型；驱动片等效为半径不同的双线圈计算，两线圈的位置分别位于平均半径的两侧，故将驱动片可等效为五个单匝线圈进行计算；

铆接力求解：忽略线圈的电阻，由等效电路模型可以列出如下驱动线圈的电压平衡方程如下：

从s到p的位矢为：

r＝r-rs＝(rsinθ-acosφ′)ex-asinφ′ey+rcosθez；

根据毕奥-萨伐尔定律，圆环电流i在p点产生的磁感强度为

其中e，k分别为第一和第二全椭圆积分，放电线圈的笛卡尔坐标示意图如附图11所示；

计算两共轴载流圆环线圈之间的作用力，设环心相距为a，它们的半径和电流分别为r1，i1和r2，i2，如图12所示，

由感应电流的原理可知，i1和i2的流向相反，为了求力可利用安培

力公式：

dfz＝-i2r2bρdφ2ez，

利用前面求出的铆接力公式进行求解，最终得到冲击力随时间的变化曲线如图13所示；

本发明从电磁铆接原理出发，分析线圈周围感应电流规律，结合毕奥-萨伐尔定律求解电磁铆接冲击力，根据铆接力大小指导线圈参数设计，可显著提高电磁铆接设备能量利用率；采用环氧树脂胶结合玻璃丝带紧固线圈及其骨架，既解决了高压放电时线圈的绝缘问题，又可以保证线圈使用时具有较高的机械强度；采用铆接引线接头，可有效防止引线接头松动打火；此外，采用高导电率铆钉铆接，使接头接触良好不会影响线圈导电。

具体的实施过程如下：

(1)制作骨架，首先需要利用电木(酚醛树脂)做出一个线圈骨架，根据铆接力以及安装尺寸，设计骨架的厚度。两侧为线圈绕柱和线圈定位柱，为安装线圈的接线柱，在骨架内侧设计一个矩形孔。骨架的外缘处车出两道环槽，便于后续上胶后胶环的固定，胶环与骨架可以通过环槽中储存的胶水连接固定，线圈骨架的设计示意图如附图6，第一步骤制作线圈骨架完成。

(2)缠绕铜线，线圈骨架制作完成后，准备好待缠绕的铜线和接线柱，接线柱这里使用铜块制作，接线柱的设计示意图见附图7。准备工作完毕后，首先将铜线与接线柱利用铆钉固定，接线柱充当线圈的引线，铜线与接线柱的连接示意图如附图8所示。然后将接线柱插入线圈骨架的内接线柱孔内，当接线柱插入压实后，将线圈骨架的线圈定位柱利用四爪卡盘夹紧，四爪卡盘则与手动减速机连接，一人缓慢摇动减速机，使线圈载盘缓慢转动；一人捋直铜线，使铜线紧贴线圈骨架底面慢慢缠绕在线圈绕柱上，负责铜线的缠绕质量；即在线圈骨架的缓慢转动下，铜线被一圈圈缠绕在线圈绕柱上，缠绕的过程中，负责铜线缠绕的人，一只手手扶铜线，另一只手用橡皮锤轻轻敲打已缠绕的铜线，使铜线紧贴线圈骨架，并且缠绕紧密。使用橡皮锤轻轻敲打是为防止击打使铜线的绝缘层破损。此线圈的设计是将铜线缠满线圈骨架，外侧接线柱上胶固定在胶环里。当将铜线缠满线圈骨架后，停止线圈骨架转动，需要拉紧铜线，防止已缠绕的铜线反弹，负责铜线缠绕质量的人在线圈外缘缠绕胶带使铜线固定，固定完毕后即可松开铜线，留下设计余量将铜线剪断。随后在铜线剪断这一端，以同样连接方式使其与外侧接线柱连接。连接完毕后一起使用胶带沿线圈骨架的切线固定在线圈骨架的外缘处，第二步骤缠绕铜线完成。

(3)上胶固定，首先需要配制绝缘胶水，绝缘胶水是由环氧树脂、聚酰胺树脂和增韧剂(邻苯二甲酸二丁酯)组成，环氧树脂与聚酰胺树脂的配比为3:1，增韧剂为环氧树脂的5％。绝缘胶水配制完成后，制作两块夹板，用来上胶时，使胶环成型，防止胶水外溢，内外侧夹板是由环氧板制成，内侧与外侧的夹板示意图分别如附图9和附图10所示。外侧的环氧板利用m5螺栓夹紧，然后将线圈骨架继续夹持在四爪卡盘上，将线圈骨架顶紧四爪卡盘端面，使内侧的环氧板在线圈骨架与卡盘端面的夹紧下，内侧环氧板得以固定。固定完毕后，首先在线圈的外缘面，刷上一层绝缘胶水，使胶水灌满线圈骨架的环槽，然后使用玻璃丝带在外缘缠绕一圈，再在刚缠绕的玻璃丝带上刷绝缘胶水，继续缠绕玻璃丝带，这样往复交替，直至缠绕的玻璃丝带的厚度达到设计的胶环厚度，保证形成的胶环能够在工作时固定线圈。达到设计厚度时，即停止缠绕玻璃丝带。胶水会通过外侧的环氧板与线圈端面间的缝隙，形成线圈端面的胶层，同时在铜线间也会灌满胶水，可使铜线与线圈骨架形成一体，达到线圈的固化效果。上胶完毕后，需要放置一段时间，使胶水风干。一般第二天胶水即可定形，定形后将线圈从卡盘上取下，将环氧板拆去，第三步骤上胶固定完成，一个完整的线圈也制作完成。

实施例二

一种平板线圈，根据上述的电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法，其特征在于：平板线圈根据电磁铆接设备的平板线圈设计制造方法制成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。