CN115971395A

CN115971395A - 一种铆接尺寸控制方法及铆接尺寸控制装置

Info

Publication number: CN115971395A
Application number: CN202310128090.1A
Authority: CN
Inventors: 胡奎福; 安磊; 谭学才; 蔡鹏�; 丁梦; 徐春艳; 秦谣谣; 陈昆岚; 张铭豪; 曹增强
Original assignee: Lingyun Science and Technology Group Co Ltd
Current assignee: Lingyun Science and Technology Group Co Ltd
Priority date: 2023-02-13
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2023-04-18

Abstract

本发明公开了一种铆接尺寸控制方法及铆接尺寸控制装置，包括以下步骤：建立铆钉铆接时基于屈服准则的所需铆接力模型；建立铆接设备的控制参数与输出力之间的驱动力模型；将驱动力模型与铆接力模型进行耦合，得到铆接设备的控制参数与铆钉铆接后铆接头尺寸的铆接模型。本发明通过控制铆接设备的控制参数能精准控制成型后的铆钉墩头的尺寸。

Description

一种铆接尺寸控制方法及铆接尺寸控制装置

技术领域

本发明涉及铆接技术领域，尤其涉及一种铆接尺寸控制方法及铆接尺寸控制装置。

背景技术

铆接过程是在被连接件孔中把铆钉钉杆镦粗，并在钉杆的一端行程镦头，实现不同零件的连接。铆接过程操作简单，可实现不同材料的连接，广泛应用在各种工业生产中，以飞机制造装配为例，铆接是应用最多的连接方式，铆接装配工作量占整机制造工作量的20％以上。

评价铆接质量最重要也是最直观的方法是检测铆接后铆钉镦头的尺寸，大量研究证明过大或过小的镦头尺寸对诸如连接接头的剪切、拉脱强度、疲劳性能或对被连接变形程度等具有重要影响，镦头的尺寸和铆钉外伸量和铆接力有关。精准控制铆接后镦头尺寸，对产品结构连接性能、生产质量一致性具有重要意义。

当前铆接作业逐渐依靠自动化设备完成，现有铆接设备包括采用气压或液压作为动力源的压铆机或者利用电磁转化原理的电磁铆接设备，对于铆接过程的操作主要方式有：设置铆接力、设置铆接电压或者设置铆接位移行程，完成相应的参数设置实现铆接作业的控制。这些参数的设置主要依赖操作人员的经验和大量试验，依赖经验很容易导致铆接力选取过大。过大的铆接力加之铆接力与钉杆轴线的不对中，不仅会对待铆工件造成巨大的冲击损伤，还会使得铆钉钉杆、镦头发生剪切破坏，带来生产质量和产品服役安全隐患的问题。无法根据所需铆接头的来准确控制铆接设备的控制参数。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种铆接尺寸控制方法及铆接尺寸控制装置，解决现有技术中无法根据所需铆接头的来准确控制铆接设备的控制参数的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供铆接尺寸控制方法，包括以下步骤：

建立铆钉铆接时基于屈服准则的所需铆接力模型；

建立铆接设备的控制参数与输出力之间的驱动力模型；

将驱动力模型与铆接力模型进行耦合，得到铆接设备的控制参数与铆钉铆接后铆接头尺寸的铆接模型。

在其中的一个实施例中，建立铆钉基于屈服准则的铆接所需铆接力模型，包括：

建立铆接前后铆钉体积之间的铆接体积模型；

建立铆钉基于屈服准则所需的挤压应力与铆钉材料之间的挤压应力模型；

建立铆接时挤压应力、铆接力及挤压面面积之间的计算模型；

将铆接体积模型及挤压应力模型代入计算模型，得到上述的铆接力模型。

在其中的一个实施例中，建立铆接前后体积之间的铆接体积模型，包括：

D₀ ²H₀＝D²H

其中，D₀为选取的铆钉的直径，H₀为铆钉与被连接夹层配合后的外伸量，D为铆接后铆钉的墩头的直径，H为铆接后铆钉的墩头的高度。

在其中的一个实施例中，建立铆钉基于屈服准则所需的挤压应力与铆钉材料之间的挤压应力模型，包括：

σ＝m(ε)ⁿ

其中，σ为挤压应力，ε是与外伸量H₀和镦头高度H有关的镦头应变，m和n分别为与铆钉材料有关的强度系数和硬化指数。

在其中的一个实施例中，建立铆接时挤压应力、铆接力及挤压面面积之间的计算模型，包括：

其中，F_R为铆接时所需的铆接力，A为铆接后铆钉的墩头的挤压面面积。

在其中的一个实施例中，将铆接体积模型及挤压应力模型代入计算模型，得到上述的铆接力模型，包括：

铆钉铆接时所需的墩头直径与铆接力的计算公式：

或，铆钉铆接时所需的墩头高度与铆接力的计算公式：

在其中的一个实施例中，铆接设备为电磁铆接装置，电磁铆接设备产生的电磁铆接力计算公式：

其中，K为电磁铆接装置RLC放电回路的***固有参数，V为电磁铆接装置的铆接电压；

而且，电磁铆接设备产生的电磁铆接力F_E＝F_R。

本发明还涉及一种铆接尺寸控制装置，铆接设备包括铆枪头和铆模，所述铆模连接所述铆枪头；

铆接尺寸控制装置还包括：

顶铁夹具，所述顶铁夹具开设有用于容纳铆钉钉头的凹槽，所述凹槽相对所述铆模设置；

限位件，所述限位件连接所述顶铁夹具并设置于所述铆枪头或铆模的移动路径上，用于限制所述铆枪头和所述铆模的滑动范围，以控制铆接后的铆接头尺寸。

在其中的一个实施例中，所述限位件包括约束法兰和限位轴套，所述约束法兰可拆卸连接于所述顶铁夹具，并能够将待铆工件固定于所述顶铁夹具，所述约束法兰还开设有供所述铆模滑动的通孔，所述通孔的内径与所述铆模的外径相配合；所述限位轴套连接所述约束法兰，并设置于所述约束法兰远离所述顶铁夹具的一侧，所述限位轴套设置于所述铆枪头或铆模的移动路径上，并可拆卸连接所述约束法兰，用于限制所述铆枪头和所述铆模的滑动范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过建立铆接力模型，能够确定铆钉5铆接所需的铆接力；通过建立驱动力模型，通过设置控制参数即可控制输出的输出力；将铆接力模型与驱动力模型进行耦合，通过设置控制参数即可得到预设尺寸铆钉的墩头，反之，通过设置所需铆钉的墩头尺寸即可得到所需的铆接设置的控制参数，使得铆钉的铆接过程通过铆接模型量化，减小人为经验对铆接质量的影响，提升了产品质量和生产一致性。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的用于铆接尺寸控制方法的三维示意图；

图2是本发明一实施例所述的铆接尺寸控制装置的三维示意图；

图3是本发明一实施例所述的铆接尺寸控制装置的三维示意图；

图4是本发明一实施例所述的铆接尺寸控制装置铆接前的结构示意图；

图5是本发明一实施例所述的铆接尺寸控制装置铆接后的结构示意图；

图6是本发明一实施例所述的铆接尺寸控制装置中约束法兰的三维示意图。

附图标记说明：

铆接设备1；

铆枪头11；

铆模12；

顶铁夹具2；

凹槽2a；

限位件3；

约束法兰31；

限位轴套32；

压片4；

铆钉5；

待铆工件6。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种铆接尺寸控制方法，包括以下步骤：

建立铆钉5铆接时基于屈服准则的所需铆接力模型；

建立铆接设备1的控制参数与输出力之间的驱动力模型；

将驱动力模型与铆接力模型进行耦合，得到铆接设备1的控制参数与铆钉5铆接后铆接头尺寸的铆接模型。

通过建立铆接力模型，能够确定铆钉5铆接所需的铆接力；通过建立驱动力模型，通过设置控制参数即可控制输出的输出力；将铆接力模型与驱动力模型进行耦合，通过设置控制参数即可得到预设尺寸铆钉5的墩头，反之，通过设置所需铆钉5的墩头尺寸即可得到所需的铆接设置的控制参数，使得铆钉5的铆接过程通过铆接模型量化，减小人为经验对铆接质量的影响，提升了产品质量和生产一致性。

在其中的一个实施例中，建立铆钉5基于屈服准则的铆接所需铆接力模型，包括：

建立铆接前后铆钉5体积之间的铆接体积模型；

建立铆钉5基于屈服准则所需的挤压应力与铆钉5材料之间的挤压应力模型；

铆接过程中铆钉5的体积不变，且铆接前铆钉5的体积已知，可以得出铆钉5的墩头的直径与高度的铆接体积模型；根据铆钉5材料计算挤压应力，将铆接体积模型及挤压应力模型代入计算模型，得到铆接力模型，通过输入墩头的直径、高度以及铆钉5材料相关的参数即可得出所需的铆接力，使得铆钉5所需的铆接力参数化，然后控制铆接设备1输入该铆接力，即可得到所需尺寸的墩头。

D₀ ²H₀＝D²H

其中，D₀为选取的铆钉5的直径，H₀为铆钉5与被连接夹层配合后的外伸量，D为铆接后铆钉5的墩头的直径，H为铆接后铆钉5的墩头的高度。

本实施例中，对铆钉5塑形成型过程进行了简化，铆钉5塑形成型的过程符合体积不变假设，忽略铆钉5钉杆在铆钉5孔内的膨胀，认为铆接钱铆钉5外伸量体积和铆接后墩头体积相等，简化了铆接前后，铆接体积模型。

在其中的一个实施例中，建立铆钉5基于屈服准则所需的挤压应力与铆钉5材料之间的挤压应力模型，包括：

σ＝m(ε)ⁿ

其中，σ为挤压应力，ε是与外伸量H₀和镦头高度H有关的镦头应变，m和n分别为与铆钉5材料有关的强度系数和硬化指数。

将上述的ε、m及n等参数代入上述挤压应力模型，即可得出铆接所需的铆接应力，能够量化不同铆钉5所需的挤压应力。

其中，F_R为铆接时所需的铆接力，A为铆接后铆钉5的墩头的挤压面面积。

由于挤压应力σ可以根据铆钉5的材料计算得出，而铆接后所需的墩头的挤压面积也可根据预设得出，通过将上述数据代入计算模型中，即可得出所需的铆接力F_R。

铆钉5铆接时所需的墩头直径与铆接力的计算公式：

或，铆钉5铆接时所需的墩头高度与铆接力的计算公式：

通过将铆接体积模型及挤压应力模型代入计算模型，可以分别得墩头直径与铆接力的计算公式，和墩头高度与铆接力的计算公式，根据所需的墩头直径即可得出所需的铆接力，根据所需的墩头直径即可得出所需的铆接力。

在其中的一个实施例中，铆接设备1为电磁铆接装置，电磁铆接设备产生的电磁铆接力计算公式：

而且，电磁铆接设备产生的电磁铆接力F_E＝F_R。

当铆接设备1为电磁铆接装置时，当所需的电磁铆接力F_R确定时，通过上述电磁铆接力公式，可以计算出电磁铆接设备所需的电压，输出该电压给电磁铆接设备，电磁铆接设备输出预设的电磁铆接力给铆钉5，实现铆钉5与待铆工件6的铆接，且能得到预设尺寸的墩头，整个过程中，无需依赖人的经验来判断电磁铆接力，使得铆钉5铆接后形成的墩头的尺寸一致，有利于提高产品的铆接质量。

本发明中的控制方法、流程以及参数设置，可使用不同的程序语言通过软件、硬件、电路等方式集成在现有铆接设备1的控制***或操作终端上。

通过理论计算得到的铆接力F_R为获得预设墩头尺寸的最小铆接力，最大程度避免过大的铆接力对铆钉5墩头或待连接层造成冲击或损害，故理论上如果铆接墩头的尺寸未达到预期或者未满足工艺规范，可通过修正模型中的参数或者材料强度系数或者硬化指数来调整，在获得符合要求的镦头尺寸的同时避免了过多能量的消耗和制造过程中产品潜在的损坏风险。

在其中的一个实施例中，当提供铆接力F_R的为采用气压或者液压为动力源的铆接设备1，可继续建立气压或液压中的压强P与铆接力F_R的压力模型，并将该压力模型代入到铆接力模型中，得到压强P与墩头尺寸中的高度H或直径D的计算公式。

本实施例中，建立了铆接力F_R与气压或者液压驱动的铆接设备1的压强的关系，增加了铆接尺寸控制方法适用的设备。

在其中的一个实施例中，在得出电磁铆接力计算公式的步骤之后，还包括步骤：

选取符合标准的铆钉5并确定铆接后所需的镦头几何尺寸；

进行铆接作业，测量铆接后的墩头的几何尺寸，判断是否符合工艺规范和生产要求，如果不符合，修正模型中的相关参数，重新进行上述步骤，直至墩头的几何尺寸满足要求。

本实施例中，通过测试铆接后的墩头尺寸，来修正模型中的相关参数，使得按照上述模型形成铆接的墩头符合工艺规范和生产要求。

在其中的一个实施例中，在得到符合几何尺寸要求的墩头之后，还包括步骤：

按符合要求的参数来进行铆接专业。

在其中的一个实施例中，铆接的过程中，如果需要更换其它规格的铆钉5或者改变所需墩头尺寸，则重新执行上述模型参数修正的步骤。

在其中的一个实施例中，还可以通过限制铆接设备1的铆枪头11和铆模12的移动距离l，铆枪头11和铆模12的移动距离l满足以下关系：

H₀-l＝H

控制铆枪头11和铆模12的移动距离l，以获得最终所需的墩头的高度H直径D，进而实现墩头尺寸的控制。

如图2至6所示，本发明还涉及一种铆接尺寸控制装置，包括铆接设备1，铆接设备1用于输出铆接力给铆钉5。

应当理解的，铆接设备1可以为气动铆接装置、液压铆接装置及电磁铆接装置。

在其中的一个实施例中，铆接设备1包括铆枪头11和铆模12，铆模12连接铆枪头11；

铆接尺寸控制装置还包括：

顶铁夹具2，顶铁夹具2开设有用于容纳铆钉5钉头的凹槽2a，凹槽2a相对铆模12设置；

限位件3，限位件3连接顶铁夹具2并设置于铆枪头11或铆模12的移动路径上，用于限制铆枪头11和铆模12的滑动范围，以控制铆接后的铆接头尺寸。应当理解的，铆接设备1还包括其它的结构，但是铆接设备1为现有的电磁铆接设备1，在本申请中，不再对电池铆接设备1的其它结构详细阐述。

进行铆接时，将铆钉5钉头设置于凹槽2a，将被铆钉5的钉杆穿过待铆工件6，然后将铆接设备1的铆模12对准铆钉5的钉杆，然后根据所需的墩头尺寸及选取的铆钉5尺寸来计算所需的电磁铆接力，根据所需的铆接力来计算电压，将计算得出的电压输给铆接设备1，铆接设备1的铆模12撞击锚杆，并驱使锚杆塑形形变形成墩头，实现待铆工件6的连接；而且，由于限位件3设置有铆枪头11或者铆模12的移动路径上，铆枪头11或者铆模12撞击到限位件3时，停止移动，限位件3能够限制铆枪头11和铆模12的移动范围，避免铆枪头11和铆模12超范围移动而影响成型的墩头的尺寸。

应当理解的，顶铁夹具2的材料为工具钢，可以在顶铁夹具2远离铆接设备1的一侧设置加强筋，以提高顶铁夹具2的刚度；可以对凹槽2a的内壁进行局部淬火，以提高凹槽2a的内壁的硬度，凹槽2a的位置、数量及几何尺寸(直径、深度、开槽角度等)由待铆工件6和铆钉5决定，可根据实际生产情况设置，

在其中的一个实施例中，限位件3包括约束法兰31和限位轴套32，约束法兰31可拆卸连接于顶铁夹具2，并能够将待铆工件6固定于顶铁夹具2，约束法兰31还开设有供铆模12滑动的通孔，通孔的内径与铆模12的外径相配合；限位轴套32连接约束法兰31，并设置于约束法兰31远离顶铁夹具2的一侧，限位轴套32设置于铆枪头11或铆模12的移动路径上，并可拆卸连接约束法兰31，用于限制铆枪头11和铆模12的滑动范围。应当理解的，通孔的内径与铆模12的外径相等或者间隙配合,约束法兰31与限位轴套32同轴设置。

通过设置约束法兰31，约束法兰31可以将待铆工件6固定于顶铁夹具2，而且，铆接时，铆模12滑动穿过通孔后撞击铆钉5，铆模12撞击铆钉5时会产生振动，而约束法兰31能限制铆模12的位置，避免铆模12晃动，能提高铆接精度；通过设置限位轴套32，限位轴套32用于限制锚杆和铆模12的移动范围，需要定期检查限位轴套32的结构强度和外形几何尺寸，如果发生严重变形或损坏时，限位轴套32与约束法兰31之间的可拆卸连接，使得限位轴套32可以根据需要被更换。

当铆枪头11或者铆模12撞击限位轴套32时，铆枪头11和铆模12的移动距离为l，并满足以下关系：

H₀-l＝H

使用不同长度的限位轴套32，实现铆接设备1的铆枪头11和铆模12的移动的距离l的调节，进一步获得最终墩头的高度H直径D，进而实现墩头尺寸的控制。

在其中的一个实施例中，铆接尺寸控制装置还包括至少一个压片4，压片4可拆卸连接于顶铁夹具2，用于将待连接层固定于顶铁夹具2。应当理解的，压片4的数量可以为一个、两个、三个等。

通过设置压片4，能给待连接层提供更好的固定效果，避免铆接的过程中待连接层相对顶铁夹具2移动。

在其中的一个实施例中，铆接尺寸控制装置中压片4的数量为两个，两个压片4间隔设置于约束法兰31的两侧。

应当理解的，本申请中，所出现的可拆卸连接的方式可以为，通过螺钉、螺栓等可拆卸连接，通过卡扣和卡槽实现可拆卸连接等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铆接尺寸控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立铆钉铆接时基于屈服准则的所需铆接力模型；

建立铆接设备的控制参数与输出力之间的驱动力模型；

2.根据权利要求1所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，

建立铆钉基于屈服准则的铆接所需铆接力模型，包括：

建立铆接前后铆钉体积之间的铆接体积模型；

3.根据权利要求2所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，

建立铆接前后体积之间的铆接体积模型，包括：

D₀ ²H₀＝D²H

4.根据权利要求1所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，

建立铆钉基于屈服准则所需的挤压应力与铆钉材料之间的挤压应力模型，包括：

σ＝m(ε)ⁿ

5.根据权利要求4所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，

建立铆接时挤压应力、铆接力及挤压面面积之间的计算模型，包括：

6.根据权利要求5所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，

将铆接体积模型及挤压应力模型代入计算模型，得到上述的铆接力模型，包括：

铆钉铆接时所需的墩头直径与铆接力的计算公式：

或，铆钉铆接时所需的墩头高度与铆接力的计算公式：

7.根据权利要求6所述的铆接尺寸控制方法，其特征在于，铆接设备为电磁铆接装置，电磁铆接设备产生的电磁铆接力计算公式：

而且，电磁铆接设备产生的电磁铆接力F_E＝F_R。

8.一种铆接尺寸控制装置，其特征在于，包括铆接设备，所述铆接设备用于输出铆接力给铆钉。

9.根据权利要求8所述的铆接尺寸控制装置，其特征在于，铆接设备包括铆枪头和铆模，所述铆模连接所述铆枪头；

铆接尺寸控制装置还包括：

10.根据权利要求9所述的铆接尺寸控制装置，其特征在于，所述限位件包括约束法兰和限位轴套，所述约束法兰可拆卸连接于所述顶铁夹具，并能够将待铆工件固定于所述顶铁夹具，所述约束法兰还开设有供所述铆模滑动的通孔，所述通孔的内径与所述铆模的外径相配合；所述限位轴套连接所述约束法兰，并设置于所述约束法兰远离所述顶铁夹具的一侧，所述限位轴套设置于所述铆枪头或铆模的移动路径上，并可拆卸连接所述约束法兰，用于限制所述铆枪头和所述铆模的滑动范围。