CN102528258B - 多丝铜线束端头成型装置及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多丝铜线束端头成型装置和利用这种多丝铜线束端头成型装置成型多丝铜线束端头方法，用于解决现有的电阻焊方法连接多丝铜线束与导电铜片连接质量差的技术问题。技术方案是该装置包括工作台(1)、电源(28)和控制器(29)、成型夹具和加压机构，在压力作用下，实现了多丝铜线束端头的高精度精密成型；成型夹具两侧采用耐高温陶瓷绝缘材料，保证了精确控制的加热电流唯一流经多丝铜线束端头；成型夹具两侧止挡机构和铜线束端头定位机构采用电控气动闭合方式，实现了铜线束的快速装卸；采用μm级高精度位移传感器，应用变形位移量控制通电时间的方法，与成型夹具配合，实现了多丝铜线束端头成型时高精度尺寸的稳定控制。

Description

多丝铜线束端头成型装置及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种成型装置，特别是涉及一种多丝铜线束端头成型装置。还涉及利用这种多丝铜线束端头成型装置成型多丝铜线束端头方法。

背景技术

小截面多丝铜线束与导电铜片采用电阻焊工艺连接时，如果直接使用未成型的铜线束端头与导电铜片连接，在焊接压力的作用下多丝铜线束端头势必松散，仅有部分铜线束和导电铜片相连，从而影响导电效果。解决这一问题的有效方法是在电阻焊工艺前，将多丝铜线束端头由松散结构挤压预成型为紧密一体的矩形截面。

公知的普通热压或冷压成型方法是通过预热后的压头向被成型件施压成型或直接向被成型件施压成型。为了保证小截面多丝铜线束预成型后与导电铜片焊接质量的可靠性和一致性，对多丝铜线束端头预成型后的矩形截面尺寸有较高的精度要求，难以用公知的普通热压或者冷压方法进行成型。

发明内容

为了将多丝铜线束端头与导电铜片连成一体，本发明提供一种多丝铜线束端头成型装置。该装置由成型夹具、加压机构、电源和控制器组成，在压力作用下，利用电流通过成型区时产生的电阻焦耳热作为多丝铜线束端头变形所需热量的方法，可以实现小截面多丝铜线束端头的高精度精密成型；采用精密中频逆变电阻焊直流电源精确控制成型加热电流的大小和时间，可以实现多丝铜线束端头变形所需热量的精确可控；成型夹具两侧采用耐高温陶瓷绝缘材料，可以保证精确控制的加热电流唯一流经多丝铜线束端头；成型夹具两侧止挡机构和铜线束端头定位机构采用电控气动闭合方式，可以实现铜线束的快速装卸；采用μm级高精度位移传感器，应用变形位移量控制通电时间的方法，与成型夹具配合，可以实现小截面多丝铜线束端头热挤压矩形截面成型时高精度尺寸的稳定控制；中频逆变电阻焊直流电源采用三相对称供电，电源功率因数高、节能，成型过程中不需外加辅助材料，可以很好地将多丝铜线束端头与导电铜片连成一体。

本发明还提供利用这种多丝铜线束端头成型装置成型多丝铜线束端头方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多丝铜线束端头成型装置，包括工作台1、电源28和控制器29，电源28和控制器29固定在工作台1上，其特点是还包括成型夹具和加压机构；成型夹具包括右支撑架2、右止挡气缸3、右导向套4、右止挡气缸轴5、右安装套6、下导电极7、下导电板9、绝缘胶木板10、成型夹具安装座11、左安装套12、左止挡气缸轴13、左导向套14、左止挡气缸15和左支撑架16，成型夹具安装座11固定在工作台1上，下导电板9设计为水冷结构；成型夹具安装座11上从下到上依次固定绝缘胶木板10、下导电板9和下导电极7，下导电极7通过螺钉压紧在下导电板9上，下导电极7的上表面中心位置有矩形凸台面；左支撑架16和右支撑架2分别固定于工作台1上成型夹具安装座11的左右两侧，左止挡气缸15由左支撑架16支撑，左止挡气缸轴13与左安装套12固连，左导向套14套在左止挡气缸轴13上，并通过一个支撑与成型夹具安装座11固连，左绝缘块34位于左安装套12中、由左安装套12顶部的两个螺钉顶紧；右止挡气缸3由右支撑架2支撑，右止挡气缸轴5与右安装套6固连，右导向套4套在右止挡气缸轴5上，并通过一个支撑与成型夹具安装座11固连，右绝缘块33位于右安装套6中、由右安装套6顶部的两个螺钉顶紧；左、右安装套12和6的下表面与下导电极7之间留有间隙；定位气缸30固定在成型夹具安装座11后面，位于加压气缸架25与固定绝缘胶木板10、下导电板9和下导电极7之间；定位块32与定位气缸轴31采用绝缘连接方式固连。

加压机构包括加压气缸24、气缸轴23、上导电板安装座22、绝缘胶木板21、上导电板20、水冷套18和上导电极17；加压气缸24置于加压气缸架25上方，上导电板安装座22与气缸轴23固连，上导电板20隔着绝缘胶木板21通过螺钉与上导电板安装座22固连，上导电板20的下方安装水冷套18，上导电极17采用过盈配合方式嵌入水冷套18中；上导电极17下端面尺寸与下导电极7的矩形凸台面尺寸等大并两两对中；

电源28采用中频逆变电阻焊直流电源，并靠近加压气缸架25安放，电源28的正、负输出端通过导电排26、27分别与上导电板20和下导电板9电连接；控制器29与电源28之间有接口电路。

所述的下导电极7材料是纯金属钨。

所述的下导电板9材料是紫铜。

所述的上导电极17材料是纯金属钨。

所述的上导电板20材料是紫铜。

所述的水冷套18材料是紫铜。

所述的导电排26、27材料是紫铜。

所述的位移传感器19是μm级高精度位移传感器。

所述的左、右绝缘块34、33是耐高温绝缘陶瓷材料。

一种利用上述多丝铜线束端头成型装置成型多丝铜线束端头方法，其特点是包括以下步骤：

(1)给出成型槽闭合信号，控制器29接收到成型槽闭合信号后，发出左止挡气缸电磁阀通电信号35、右止挡气缸电磁阀通电信号36和定位气缸电磁阀通电信号38；左绝缘块34和右绝缘块33靠拢下导电极7的两侧，定位块32向前顶出，形成成型槽；

(2)将多丝铜线束8需要成型的一端放入成型槽，使多丝铜线束8的成型端靠拢定位块32。

(3)控制器29接收到成型启动信号后，发出加压气缸电磁阀通电信号37，气缸轴23随即推动上导电极17向下运动直到将多丝铜线束8端头紧紧压在下导电极7的上凸台面上。

(4)控制器29发出电源28的开始通电信号。电源28按设定电流值开始通电，给多丝铜线束8端头提供变形所需的热量。

(5)当控制器29检测到位移传感器19的实际变形位移量等于设定的变形位移量时，控制器29发出电源28的通电结束信号。

(6)控制器29关断加压气缸电磁阀通电信号37，上导电极17抬起；然后控制器29再依次关断左止挡气缸电磁阀通电信号35、右止挡气缸电磁阀通电信号36和定位气缸电磁阀通电信号38。左绝缘块34和右绝缘块33分别离开下导电极7的两侧，定位块32向后退出，成型槽张开。

(7)将成型的多丝铜线束8端头取出成型槽，重新执行步骤(1)～(6)。

本发明的有益效果是：本发明在压力作用下，利用电流通过成型区时产生的电阻焦耳热作为多丝铜线束端头变形所需热量的方法，实现了小截面多丝铜线束端头的高精度精密成型；采用精密中频逆变电阻焊直流电源精确控制成型加热电流的大小和时间，实现了多丝铜线束端头变形所需热量的精确可控；成型夹具两侧采用耐高温陶瓷绝缘材料，保证了精确控制的加热电流唯一流经多丝铜线束端头；成型夹具两侧止挡机构和铜线束端头定位机构采用电控气动闭合方式，实现了铜线束的快速装卸；采用μm级高精度位移传感器，应用变形位移量控制通电时间的方法，与成型夹具配合，实现了小截面多丝铜线束端头热挤压矩形截面成型时高精度尺寸的稳定控制；中频逆变电阻焊直流电源采用三相对称供电，电源功率因数高、节能，成型过程中不需外加辅助材料，实现了小截面多丝铜线束端头高效、高质和低成本的精密热挤压成型。

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明多丝铜线束端头成型装置的结构示意图。

图2是图1中A-A局部俯视放大图。

图中，1-工作台，2-右支撑架，3-右止挡气缸，4-右导向套，5-右止挡气缸轴，6-右安装套，7-下导电极，8-多丝铜线束，9-下导电板，10、21-绝缘胶木板，11-成型夹具安装座，12-左安装套，13-左止挡气缸轴，14-左导向套，15-左止挡气缸，16-左支撑架，17-上导电极，18-水冷套，19-位移传感器，20-上导电板，22-上导电板安装座，23-气缸轴，24-加压气缸，25-加压气缸架，26、27-导电排，28-电源，29-控制器，30-定位气缸，31-定位气缸轴，32-定位块，33-右绝缘块，34-左绝缘块，35-左止挡气缸电磁阀通电信号，36-右止挡气缸电磁阀通电信号，37-加压气缸电磁阀通电信号，38-定位气缸电磁阀通电信号。

具体实施方式

参照图1、图2，本发明多丝铜线束端头成型装置由成型夹具、加压机构、电源28和控制器29组成。

成型夹具由左、右气动止挡机构、线束顶端气动定位机构和下导电回路组成。左、右气动止挡机构完全对称。成型夹具包括右支撑架2、右止挡气缸3、右导向套4、右止挡气缸轴5、右安装套6、下导电极7、下导电板9、绝缘胶木板10、成型夹具安装座11、左安装套12、左止挡气缸轴13、左导向套14、左止挡气缸15和左支撑架16，其作用是为了实现线束端部矩形成型的左右两侧限位。成型夹具安装座11固定在工作台1上，成型夹具安装座11上从下到上依次固定绝缘胶木板10、下导电板9和下导电极7，下导电极7通过螺钉压紧在下导电板9上，下导电极7的上表面中心位置有矩形凸台面；右止挡气缸3由右支撑架2支撑，右止挡气缸轴5与右安装套6固连，右导向套4套在右止挡气缸轴5上，并通过一个支撑与成型夹具安装座11固连，右绝缘块33安装在右安装套6中、由右安装套6顶部的两个螺钉顶紧。由于右导向套4的导向作用，可保证右止挡气缸3带动右安装套6左右移动时不会发生偏摆。左气动止挡机构与右气动止挡机构原理相同。左止挡气缸15由左支撑架16支撑，左止挡气缸轴13与左安装套12固连，左导向套14套在左止挡气缸轴13上，并通过一个支撑与成型夹具安装座11固连，左绝缘块34安装在左安装套12中、由左安装套12顶部的两个螺钉顶紧。由于左导向套14的导向作用，可保证左止挡气缸15带动左安装套12左右移动时不会发生偏摆。下导电回路由下导电极7、下导电板9构成。下导电极7采用纯金属钨材料，纯金属钨材料虽然电导率较其它铜合金电极材料低，但却具有很好的高温硬度，且在高温下和线束铜材不易发生粘连；下导电极7的上凸台面宽度设计为线束端部成型后要求的矩形宽度。下导电板9选用紫铜材料，为了加强散热，设计为水冷结构。装配时，下导电极7通过螺钉压紧在下导电板9上之后，再经绝缘胶木板10将其安装固定于成型夹具安装座11；左、右气动止挡机构的高度应保证左、右安装套12、6的下表面与下导电极7之间留有间隙，保证左、右安装套12和6在左右移动时不会与下导电极7接触发生摩擦。线束顶端气动定位机构由定位气缸30、定位气缸轴31和定位块32组成，完成线束端部矩形成型的顶端限位。定位气缸30固定在成型夹具安装座11后面，位于加压气缸架25与固定绝缘胶木板10、下导电板9和下导电极7之间；定位块32的安装高度应保证定位块32在前后移动时不会和下导电极7的上凸台面发生接触摩擦；定位块32和定位气缸轴31采用绝缘连接方式，避免加热电流通过其形成分流回路。左、右绝缘块34和33，选用耐高温绝缘陶瓷材料，左、右绝缘块34和33以及与之配套的左、右安装套12和6的加工精度，应能保证与下导电极7的上凸台两侧面的平行度精度要求。

加压机构包括加压气缸24、气缸轴23、上导电板安装座22、绝缘胶木板21、上导电板20、水冷套18和上导电极17。加压气缸24置于加压气缸架25上方，上导电板安装座22与气缸轴23固连，上导电板20隔绝缘胶木板21通过螺钉与上导电板安装座22固连，上导电板20的下方安装水冷套18，上导电极17采用过盈配合方式嵌入水冷套18中。上导电极17也采用纯金属钨材料，上导电极17下端面矩形尺寸为线束端部成型后要求的矩形尺寸。上导电板20和水冷套18采用紫铜材料。装配时，应保证加压气缸24在整个行程范围内上下运动时的垂直度，同时还要保证上导电极17和下导电极7的上凸台对中。

电源28采用中频逆变电阻焊直流电源，电源28的安放位置尽量靠近加压气缸架25，这样可减小电源28的输出损耗。电源28的正、负输出端通过导电排26和27分别与上导电板20和下导电板9电连接，为了减小电源28的负载回路电阻，导电排26和27选用紫铜材料。由于定位块32和定位气缸轴31采用了绝缘连接方式，以及左、右绝缘块34、33选用耐高温绝缘陶瓷材料，在加压气缸24带动上导电极17压紧多丝铜线束8后，电源28的输出电流将形成从电源28的正输出端，经由导电排26、上导电板20、水冷套18、上导电极17、多丝铜线束8、下导电极7、下导电板9和导电排27，到电源28的负输出端的唯一通路。根据焦耳定律，当电流流过成型区时，由于存在成型区电阻(包括上导电极17和多丝铜线束8之间的接触电阻、多丝铜线束8和下导电极7之间的接触电阻、多丝铜线束8中各铜丝之间的接触电阻以及多丝铜线束8中各铜丝的内部电阻)，将产生电阻焦耳热，电阻焦耳热的大小等于电流的平方、通电时间和成型区电阻的乘积。电流流过成型区时产生的电阻焦耳热提供多丝铜线束8端部变形所需的热量，在加压气缸24施加的压力的共同作用下，加之定位块32以及左绝缘块34和右绝缘块33的约束，即可实现小截面多丝铜线束的矩形成型。为确保小截面多丝铜线束的精密矩形成型，电源28应选择1安培和1毫秒的电流及时间控制分辨率的中频逆变电阻焊直流电源。

控制器29用于实现成型过程的自动控制。控制器29通过检测左止挡气缸13、右止挡气缸3、加压气缸24和定位气缸30的磁性开关信号，按设计程序控制左止挡气缸电磁阀通电信号35、右止挡气缸电磁阀通电信号36、加压气缸电磁阀通电信号37和定位气缸电磁阀通电信号38，从而实现相关气缸的动作控制。同时，控制器29还有与电源28之间的接口电路，通过此接口电路发出电源28的开始通电信号、并接收电源28的通电结束信号。

位移传感器19固定在加压气缸架25上，用于检测多丝铜线束8端部成型时高度方向的变形位移量。为了实现多丝铜线束端部的精密成型，位移传感器19选用μm级高精度位移传感器。

为了控制多丝铜线束成型后矩形截面的高度尺寸，采用了变形位移量控制通电时间的方法。成型过程中，控制器29通过位移传感器19不断检测高度方向的实际变形位移量，并与设定的变形位移量比较，当实际变形位移量等于设定变形位移量时，电源28停止输出电流。

成型过程如下：

1.给出成型槽闭合信号，控制器29接收到成型槽闭合信号后，发出左止挡气缸电磁阀通电信号35、右止挡气缸电磁阀通电信号36和定位气缸电磁阀通电信号38。左绝缘块34和右绝缘块33靠拢下导电极7的两侧，定位块32向前顶出，形成成型槽。

2.将多丝铜线束8需成型的一端放入成型槽，使多丝铜线束8的成型端靠拢定位块32。

3.给出成型启动信号，控制器29接收到成型启动信号后，发出加压气缸电磁阀通电信号37，气缸轴23随即推动上导电极17向下运动直到将多丝铜线束8端部紧紧压在下导电极7的上凸台面上。

4.控制器29发出电源28的开始通电信号。电源28按设定电流值开始通电，给多丝铜线束8端部提供变形所需的热量。

5.当控制器29检测到位移传感器19的实际变形位移量等于设定的变形位移量时，控制器29发出电源28的通电结束信号。

6.控制器29关断加压气缸电磁阀通电信号37，上导电极17抬起；然后控制器29再依次关断左止挡气缸电磁阀通电信号35、右止挡气缸电磁阀通电信号36和定位气缸电磁阀通电信号38。左绝缘块34和右绝缘块33分别离开下导电极7的两侧，定位块32向后退出，成型槽张开。

7.将多丝铜线束8取出成型槽，重新执行1～6步骤。

Claims (10)

1.一种多丝铜线束端头成型装置，包括工作台（1）、电源（28）和控制器（29），电源（28）和控制器（29）固定在工作台（1）上，其特征在于：还包括成型夹具和加压机构；成型夹具包括右支撑架（2）、右止挡气缸（3）、右导向套（4）、右止挡气缸轴（5）、右安装套（6）、下导电极（7）、下导电板（9）、绝缘胶木板（10）、成型夹具安装座（11）、左安装套（12）、左止挡气缸轴（13）、左导向套（14）、左止挡气缸（15）、左支撑架（16）、定位气缸（30）和定位块（32），成型夹具安装座（11）固定在工作台（1）上，下导电板（9）设计为水冷结构；成型夹具安装座（11）上从下到上依次固定绝缘胶木板（10）、下导电板（9）和下导电极（7），下导电极（7）通过螺钉压紧在下导电板（9）上，下导电极（7）的上表面中心位置有矩形凸台面；左支撑架（16）和右支撑架（2）分别固定于工作台（1）上成型夹具安装座（11）的左右两侧，左止挡气缸（15）由左支撑架（16）支撑，左止挡气缸轴（13）与左安装套（12）固连，左导向套（14）套在左止挡气缸轴（13）上，并通过一个支撑与成型夹具安装座（11）固连，左绝缘块（34）位于左安装套（12）中、由左安装套（12）顶部的两个螺钉顶紧；右止挡气缸（3）由右支撑架（2）支撑，右止挡气缸轴（5）与右安装套（6）固连，右导向套（4）套在右止挡气缸轴（5）上，并通过一个支撑与成型夹具安装座（11）固连，右绝缘块（33）位于右安装套（6）中、由右安装套（6）顶部的两个螺钉顶紧；左、右安装套（12、6）的下表面与下导电极（7）之间留有间隙；定位气缸（30）固定在成型夹具安装座（11）后面，位于加压气缸架（25）与固定绝缘胶木板（10）、下导电板（9）和下导电极（7）之间；定位块（32）与定位气缸轴（31）采用绝缘连接方式固连；加压机构包括加压气缸（24）、气缸轴（23）、上导电板安装座（22）、绝缘胶木板（21）、上导电板（20）、水冷套（18）和上导电极（17）；加压气缸（24）置于加压气缸架（25）上方，上导电板安装座（22）与气缸轴（23）固连，上导电板（20）隔着绝缘胶木板（21）通过螺钉与上导电板安装座（22）固连，上导电板（20）的下方安装水冷套（18），上导电极（17）采用过盈配合方式嵌入水冷套（18）中；上导电极（17）下端面尺寸与下导电极（7）的矩形凸台面尺寸等大并两两对中；电源（28）采用中频逆变电阻焊直流电源，并靠近加压气缸架（25）安放，电源（28）的正、负输出端通过导电排（26、27）分别与上导电板（20）和下导电板（9）电连接；控制器（29）与电源（28）之间有接口电路；位移传感器(19)固定在加压气缸架(25)上。 

2.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的下导电极（7）材料是纯金属钨。 

3.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的下导电板（9）材料是紫铜。 

4.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的上导电极（17）材料是纯金属钨。 

5.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的上导电板（20）材料是紫铜。 

6.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的水冷套（18）材料是紫铜。 

7.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的导电排（26、27）材料是紫铜。 

8.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的位移传感器（19）是μm级高精度位移传感器。 

9.根据权利要求1所述的多丝铜线束端头成型装置，其特征在于：所述的左、右绝缘块（34、33）是耐高温绝缘陶瓷材料。 

10.一种利用权利要求1所述多丝铜线束端头成型装置成型多丝铜线束端头方法，其特征在于包括以下步骤： 

（a）给出成型槽闭合信号，控制器（29）接收到成型槽闭合信号后，发出左止挡气缸电磁阀通电信号（36）、右止挡气缸电磁阀通电信号（36）和定位气缸电磁阀通电信号（38）；左绝缘块（34）和右绝缘块（33）靠拢下导电极（7）的两侧，定位块（32）向前顶出，形成成型槽； 

（b）将多丝铜线束（8）需要成型的一端放入成型槽，使多丝铜线束（8）的成型端靠拢定位块（32）； 

（c）控制器（29）接收到成型启动信号后，发出加压气缸电磁阀通电信号（37），气缸轴（23）随即推动上导电极（17）向下运动直到将多丝铜线束（8）端头压紧在下导电极（7）的上凸台面上； 

（d）控制器（29）发出电源（28）的开始通电信号；电源（28）按设定电流值开 始通电，给多丝铜线束（8）端头提供变形所需的热量； 

（e）当控制器（29）检测到位移传感器（19）的实际变形位移量等于设定的变形位移量时，控制器（29）发出电源（28）的通电结束信号； 

（f）控制器（29）关断加压气缸电磁阀通电信号（37），上导电极（17）抬起；然后控制器（29）再依次关断左止挡气缸电磁阀通电信号（36）、右止挡气缸电磁阀通电信号（36）和定位气缸电磁阀通电信号（38）；左绝缘块（34）和右绝缘块（33）分别离开下导电极（7）的两侧，定位块（32）向后退出，成型槽张开； 

（g）将成型的多丝铜线束（8）端头取出成型槽，重新执行步骤（a）～（f）。 

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