一种低压电磁铆接固有参数匹配方法

摘要

本发明公开了一种低压电磁铆接固有参数匹配方法，其采用松散耦合法，建立电压激励的电磁铆接耦合模型，并获得大于一预定数的样本，该样本为低压电磁铆接设备的固有参数与铆接力的变化规律样本；根据该样本，以后坐力处于可承受的范围内铆接力最大为优化条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数。本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法，采用数值模拟方法，揭示电磁铆接固有参数对铆接力和铆枪后坐力的影响规律，通过系统寻优获得匹配的参数，进而通过调节初级线圈结构参数和缓冲机构参数，实现固有参数的匹配，使铆枪后坐力处于可承受范围内铆接力最大化。为电磁铆接设备的制造和电磁铆接工艺参数的确定提供依据。

权利要求

1.一种低压电磁铆接固有参数匹配方法，其特征在于，其采用松散耦合法，建立电压激励的电磁铆接耦合模型，并获得大于一预定数的样本，该样本为低压电磁铆接设备的固有参数与铆接力的变化规律样本；根据该样本，以后坐力处于可承受的范围内铆接力最大为优化条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数；

所述低压电磁铆接固有参数匹配方法包括以下步骤：

步骤101：对低压电磁铆接设备进行固有电阻、电容的解析计算；

步骤102：采用松散耦合法，利用商业有限元软件ANSYS建立电压激励的电磁铆接耦合模型，进行网格剖分，施加激励及边界条件，求解得到电磁场耦合分析结果，该电磁场耦合分析结果包括一个时间步距下的铆接力及初级线圈的受力；

步骤103：以电磁场耦合分析结果为边界条件，求解磁场力，在ANSYS/Multiphysics模块中调用所述电磁场耦合分析结果进行线圈-缓冲机构的位移分析，再将位移分析结果带入电磁场分析模块，重新进行网格剖分，获得线圈移动后的放电电流、磁场、磁场力的变化规律，并获得大于一预定数的样本；

步骤104：根据所获取的样本，以后坐力处于可承受范围内铆接力最大为优化目标，并根据初级线圈的匝数、截面形状和缓冲元件参数的规格，给出相应的约束条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数。

说明书

一种低压电磁铆接固有参数匹配方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种参数匹配方法，尤其涉及一种低压电磁铆接固有参数匹配方法。

背景技术

[0002] 电磁铆接是一种先进的制造技术，使将电磁能转化为机械能使铆钉发生塑性变形的一种新型铆接工艺。与传统铆接相比，电磁铆接加载速率高、钉杆变形均匀、工艺质量稳定，是实现难成形材料铆钉、大直径铆钉铆接，及复合材料干涉配合铆接的理想工艺方法。低电压的采用是电磁铆接技术的走向实用化的一个里程碑，它解决了高电压电磁铆钉顶头易开裂的问题，同时也可以使设备的体积减小，生产成本降低，安全可靠。但低压化使设备固有参数对铆接力的影响越来越大，其参数是否匹配直接决定了铆接的效果。近年来，虽然对电磁铆接技术的研究有了长足的进展，但应该看到铆接固有参数对铆接力影响规律的揭示还不够，存在设备制造困难及铆接工艺参数盲目性大的问题，从而制约了该技术的推广与应用。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对目前低压电磁铆接设备研制困难，铆接工艺参数难于确定的现状，提出一种关于系统研究低压电磁铆接固有参数对铆接力的影响，并进而使固有参数达到匹配的方法，从而获得最大的铆接力，及可承受的后坐力。

[0004] 为了达到上述目的，本发明提供了一种低压电磁铆接固有参数匹配方法，其采用松散耦合法，建立电压激励的电磁铆接耦合模型，并获得大于一预定数的样本，该样本为低压电磁铆接设备的固有参数与铆接力的变化规律样本；根据该样本，以后坐力处于可承受的范围内铆接力最大为优化条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数。

[0005] 本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法，其特征在于，其包括以下步骤：

[0006] 步骤101：对低压电磁铆接设备进行固有电阻、电容的解析计算；

[0007] 步骤102：采用松散耦合法，利用商业有限元软件ANSYS建立电压激励的电磁铆接耦合模型，进行网格剖分，施加激励及边界条件，求解得到电磁场耦合分析结果，该电磁场耦合分析结果包括一个时间步距下的铆接力及初级线圈的受力；

[0008] 步骤103：以电磁场耦合分析结果为边界条件，求解磁场力，在ANSYS/Multiphysics模块中调用所述电磁场耦合分析结果进行线圈-缓冲机构的位移分析，再将位移分析结果带入电磁场分析模块，重新进行网格剖分，获得线圈移动后的放电电流、磁场、磁场力的变化规律，并获得大于一预定数的样本；

[0009] 步骤104：根据所获取的样本，以后坐力处于可承受范围内铆接力最大为优化目标，并根据初级线圈的匝数、截面形状和缓冲元件参数的规格，给出相应的约束条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数。

[0010] 与现有技术相比，本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法，采用数值模拟方法，揭示电磁铆接固有参数对铆接力和铆枪后坐力的影响规律，通过系统寻优获得匹配的参数，进而通过调节初级线圈结构参数和缓冲机构参数，实现固有参数的匹配，使铆枪后坐力处于可承受范围内铆接力最大化。为电磁铆接设备的制造和电磁铆接工艺参数的确定提供依据。

附图说明

[0011] 图1是本发明所涉及的低压电磁铆接设备的结构图；

[0012] 图2是本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

[0013] 本发明针对目前低压电磁铆接设备研制困难，铆接工艺参数难于确定的现状，提出一种关于系统研究低压电磁铆接固有参数对铆接力的影响，并进而使固有参数达到匹配的方法，从而获得最大的铆接力，及可承受的后坐力。该方法为设备的制造提供理论依据，这有助于低压电磁铆接技术的推广与应用。

[0014] 所述固有参数包括低压电磁铆接设备的固有电容、电阻、铆枪的初级线圈与驱动片所组成的等效电感、缓冲元件的刚性系数等。

[0015] 该等效电感取决于初级线圈的形状、匝数、匝间距、导线的材料和截面形状、线圈与驱动片之间的距离以及驱动片的材料等。

[0016] 本发明采用数值模拟方法，揭示电磁铆接固有参数对铆接力和铆枪后坐力的影响规律，通过系统寻优获得匹配的参数，进而通过调节初级线圈结构参数和缓冲机构参数，实现固有参数的匹配，使铆枪后坐力处于可承受范围内铆接力最大化。为电磁铆接设备的制造和电磁铆接工艺参数的确定提供依据。

[0017] 如图1所示，本发明所涉及的低电压电磁铆接设备包括：

[0018] 整流桥11、限流电阻12、电容器组13、开关14、缓冲元件15、初级线圈16、驱动片17、放大器18、铆钉19、被铆接件110和顶铁111。

[0019] 交流380V电压两端分别接入整流桥11的端1、3；

[0020] 整流桥11的输出端2接限流电阻12的端5；

[0021] 整流桥11的输出端4接电容器组13的端10，并作为整个设备的参考端；

[0022] 限流电阻12的端6连接到电容器组13的端9，同时还连接到开关14的端7；

[0023] 初级线圈16的端22连接到电容器组13的端10；初级线圈16的端21连接到开关14的端8；

[0024] 初级线圈16的上面是缓冲元件15，初级线圈16的下面是驱动片17，驱动片17的下面是放大器18，放大器18的下面是铆钉19及被铆接件110；被铆接件110的下面是顶铁111。

[0025] 电容器组13充好电后，放电开关闭合瞬间，在初级线圈16中产生一快速变化的冲击电流，在其周围产生强磁场；

[0026] 强磁场使与之耦合的驱动片17产生感应电流，进而产生涡流磁场，两磁场相互作用产生的斥力，作用于驱动片17上的力成为铆接力。铆接力经放大器18变换后，作用于铆钉19，并使其在短时间内完成塑性变形。与此同时，初级线圈16受到反作用力的作用向上运动，压缩缓冲元件15，经缓冲元件15缓冲后的力成为后坐力。在铆接时后坐力需要由操作人员来承受因而需处于人体可承受的范围内，而铆接力越大越好。

[0027] 本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法包括以下步骤：

[0028] 步骤101：对低压电磁铆接设备(不含铆枪)进行固有电阻、电容的解析计算，重点是对所述固有电阻的解析计算；

[0029] 所述固有电阻包括放电回路的接触电阻和所述低压电磁铆接设备与铆枪之间传输线的电阻两部分；

[0030] 所述放电回路包括电容器组3、开关4和初级线圈6；

[0031] 所述电容为整个低压电磁铆接设备的固有电容；

[0032] 步骤102：采用松散耦合法，利用商业有限元软件ANSYS建立电压激励的电磁铆接耦合模型，进行网格剖分，施加激励及边界条件，求解得到电磁场耦合分析结果，该电磁场耦合分析结果包括一个时间步距下的铆接力及初级线圈的受力：

[0033] 即在ANSYS/Multiphysics模块中，建立电磁场耦合模型，同时建立线圈位移的求解模型，再采用松散耦合的方法，将所述电磁场耦合模型和所述线圈位移的求解模型联系起来，以研究低压电磁铆接固有参数对铆接力及后坐力的影响；

[0034] 步骤103：以电磁场耦合分析结果为边界条件，求解磁场力，在ANSYS/Multiphysics模块中调用所述电磁场耦合分析结果进行线圈-缓冲机构的位移分析，再将位移分析结果带入电磁场分析模块，重新进行网格剖分，获得线圈移动后的放电电流、磁场、磁场力的变化规律，并获得大于一预定数的样本；

[0035] 所述电磁场分析模决被调用后，根据以下步骤操作：(1)前处理即模型建立和网格剖分；(2)施加边界条件和激励；(3)求解，获得放电电流、磁场和磁场力；(4)后处理，有关求解结果的读取及不同形式的显示。

[0036] 步骤104：根据所获取的样本，以后坐力处于可承受范围内铆接力最大为优化目标，并根据初级线圈制作的实际情况(匝数、截面形状)和缓冲元件参数的规格，给出相应的约束条件，采用正交方法进行系统寻优，获得铆接时的匹配参数；

[0037] 步骤105：依据该匹配参数制作铆枪；

[0038] 步骤106：实际绕制初级线圈、制作缓冲元件，实现参数匹配。

[0039] 本发明所述的低压电磁铆接固有参数匹配方法，对于低压电磁铆接设备的制造和铆接工艺参数的确定具有指导意义。

[0040] 以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。