基于PLC控制的低电压电磁铆接机设计及工艺性能研究

论文摘要

高电压电磁铆接设备放电频率高,材料应变速率高,铆钉成形时容易产生微裂纹。为了解决高电压铆接设备存在的问题,根据实现低电压电磁铆接的思路,在总体方案设计的基础上,研制一台低电压电磁铆接设备,并对设备的工艺性能进行了相关的研究。对低电压电磁铆接设备的充电回路、放电回路进行理论分析,并设计出相应的电路。研究各参数对放电电流的影响规律,为确定设备的电容器组参数和相应的充电电压提供依据。根据低电压电磁铆接设备的功能,提出了控制系统的总体设计原则,确定了电磁铆接设备的控制方案。以PLC为控制核心,设计了低电压电磁铆接设备的控制系统。控制系统设计包括硬件和软件设计。硬件设计的主要内容为I/0分配、外部电路接线、A/D模块和传感器模块连接电路。PLC软件设计部分采用结构化设计方法,在硬件设计的基础上编制出满足控制要求的程序,实现预置电压的设定、充电电压的控制、放电回路的触发等功能。控制系统中还设计了过压、过流等自动保护功能,使设备性能得到进一步完善。在低电压电磁铆接设备成功研制的基础上进行了电磁铆接工艺性能试验,研究电磁铆接电参数和工艺参数对铆钉变形的影响。研究结果表明,研制的低电压电磁铆接设备能实现直径6 mm常用材料(纯铝、纯铜、2A16铝合金和铁等)铆钉的成形,而对于直径8 mm的铜铆钉通过二次铆接能满足铆接工艺要求。掌握了放电电压、系统电阻、电感和铆接次数等参数对铆钉变形的影响规律。成形后铆钉的微观组织分析表明铜铆钉电磁铆接时不出现绝热剪切,铆钉变形以晶粒拉长和破碎为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电磁铆接原理及工艺特点
• 1.3 国内外电磁铆接设备发展现状
• 1.3.1 国外电磁铆接设备发展现状
• 1.3.2 国内电磁铆接设备研究状况
• 1.4 选题意义及研究内容
• 第2章 低电压电磁铆接设备总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 设备总体要求
• 2.3 充电回路总体方案设计
• 2.4 放电回路总体方案设计
• 2.5 控制系统总体方案设计
• 2.6 保护系统总体方案设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 低电压电磁铆接设备主回路分析
• 3.1 引言
• 3.2 充电回路设计
• 3.2.1 充电回路理论分析
• 3.2.2 充电回路主要参数
• 3.3 放电回路设计
• 3.3.1 放电电流分析
• 3.3.2 电参数对线圈放电电流的影响
• 3.4 泄荷回路的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 低电压电磁铆接设备控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统设计流程
• 4.3 控制系统的总体规划
• 4.3.1 功能设定
• 4.3.2 控制器件的选择
• 4.4 系统硬件设计
• 4.4.1 PLC的I/O电路设计
• 4.4.2 输入电路设计
• 4.4.3 输出电路设计
• 4.4.4 模拟量单元设计
• 4.5 控制系统软件设计
• 4.5.1 程序流程图
• 4.5.2 主要模块程序处理
• 4.6 设备调试
• 4.7 本章小结
• 第5章 低电压电磁铆接设备工艺性能试验
• 5.1 引言
• 5.2 试验设备及材料
• 5.3 铆接质量评价
• 5.4 电磁铆接参数对铆钉变形的影响
• 5.4.1 放电电压对铆钉变形的影响
• 5.4.2 系统电阻对铆钉变形的影响
• 5.4.3 线圈横截面对铆钉变形的影响
• 5.4.4 钉杆长度对铆钉变形的影响
• 5.4.5 铆接次数对铆钉变形的影响
• 5.5 微观组织对铆钉变形的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 个人简历
• 在学期间已发表的论文