电磁铆枪专利技术综述

李慧 陈成

摘要：电磁铆接是基于电磁成形技术在传统铆接工艺上发展起来的一种新型连接工艺。而电磁铆枪是该工艺在实际生产中的应用设备，目前国外的电磁铆枪已经广泛应用于航空航天领域，国内的电磁铆枪正处于工程化应用的探索阶段，加之电磁铆枪设计理论尚不完善，仍存在铆接力不足、后坐力较大以及铆枪笨重不方便使用等问题。本文通过电磁铆枪的专利技术分析，系统性的介绍国内外电磁铆枪的发展现状及电磁铆接设备的工作原理，阐述了从最初的电磁励磁机开始，逐步发展成高压电磁铆枪、低压电磁铆枪，全自动电磁铆枪……

关键词：电磁铆接;铆枪;高压;低压;自动

电磁铆接技术主要起源于美国， 主要是解决飞机制造装配过程中的部件连接问题，传统的锤铆或液压铆已经无法满足大飞机高可靠性、长寿命的要求。20世纪60年代美国波音公司开始研究电磁铆接技术，于1968年申请了强冲击电磁铆接的专利，同时也开发了一系列手持电磁铆枪，取得了良好的技术效果。

电磁铆接是利用电磁能来完成铆钉镦粗的一种高能量铆接工艺，其原理如图1-2-0所示。放电开关闭合瞬间，在成形线圈中产生一个快速变化的冲击电流，在其周围产生强磁场。强磁场使与之耦合的驱动片产生感应电流，进而产生涡流磁场，两磁场相互作用产生的涡流斥力在放大器中不断反射和透射，输出一个波形和峰值改变了的应力，这一应力使铆钉在短时间内完成塑性变形，铆钉的应变率高达102-103S-1，铆钉的变形过程接近于绝热过程。由于其涡流斥力在放大器中以应力波的形式传播，因此，电磁铆接称为应力波铆接。

一、检索系统及方法

为了研究电磁铆枪技术世界范围内的申请状况，通过检索CNABS和VEN数据库来获得进行统计分析的专利样本。由于分类号较为准确，本次检索主要通过分类号进行检索。本次检索涉及的分类号主要为：B21J15/24···用电磁铁操作的;B21J15/26····利用旋转的驱动装置操作的，例如电动机。

通过检索，在分类号B21J15/24与B21J15/26下面的中文相关文献为304篇，外文相关文献为993篇，本次技术分析以上述文献为基础。

二、专利申请趋势分析

（一）中国专利分析

据文献记载，中国近十年以来电磁铆枪相关的专利申请的总趋势是逐年增长的，虽然在2019年呈现下降的趋势，主要是因为部分专利还没来及的公开，对于发明专利预实用新型专利专利，总体上看，发明的专利申请总数要大于实用新型专利的申请总数，与授权量趋势均呈下降状态，而实用新型专利授权量却在上升，这说明了自2009年以来中国的电磁铆枪领域的专利经历了一个快速增长的过程，这可能与中国的大环境有关系，收政策鼓励以及当时的四万亿经济刺激计划，导致中国的科技研发与经济有了增长的外部环境，导致专利申请量大增，尤其是电磁铆枪作为一个实用价值高，涉及行业广的新型技术工具，与实体经济的好坏有着非常紧密的联系;

（二）中国申请人构成分析

中国电磁铆枪技术专利的主要申请人为福州大学、东莞市元鹏五金电子科技有限公司、芜湖精锋园林机械科技有限公司、西北工业大学、浙江大学等。

其中福州大学的电磁铆枪技术专利申请量最多，主要要是福州大学的机械工程及自动化学院的相关专业比较强，同时该该校大力鼓励和支撑大学生创新创业，同时多次举办研究生创新创业大赛，而电磁铆枪属于市场需求很强的新型技术，因此在创新过程中受到了研究生的青睐，并进行了大量的创新研究。

（三）中国专利地域分析

中国电磁铆枪技术专利申请排名前三依次为浙江、广东、江苏，可以看出电磁铆接技术专利申请的分布与经济有直接关系，浙江之所以申请量排名第一，这与浙江经济的发展是分不开的，浙江民营经济发达，市场活跃，制造业强势，比如浙江永康、义乌等县级市主打小商品，小工具，市场涵盖了海内外，尤其是永康市大量出口手动工具，电动工具，且设置的中国五金城为中国最大的五金批发市场之一，而电磁铆枪作为市场占有率极高的手动工具，在永康分布着大大小小的生产厂家，自然专利的申请量不会低。

（四）全球专利分析

从1970年左右开始出现电磁铆枪技术的专利申请，之后申请量保持着缓慢增长，直到2008年左右，呈现出了井喷式的增长，到了2018年几乎达到了80件每年。虽然60-70年代已经出现了电磁铆接技术，但是在1980年-1982年期间，美国、联邦德国、英国等主要资本注意国家爆发了经济危机，工业产值下降，制造业萧条，虽然新兴技术不断涌现，但是缺乏市场活力，专利申请不积极，数量增长慢，但随着战后发展中国家的崛起，以及全球化加剧，各种新动能出现，不断产生新兴经济体，全球经济开始周期性复苏，尤其是金砖四国的崛起，以及美国、欧盟、中国等开始重视制造业对经济的贡献，纷纷制钉制造业复兴计划，德国的工业4.0、中国的中国制造2025的，特別是全球化带来的航空制造业与汽车产业的繁荣，导致电磁铆接技术有了广阔的用武之地，专利申请量开始猛增。

三、国内外产研现状

我国的电磁铆接技术从二十世纪八十年代开始发展。最早是西北工业大学开始了对电磁铆接技术的研究，于 1986 年自行开发出第一代电磁铆接设备。二十世纪90 年代中期，西工大开始了对低电压电磁铆接设备的研究，并成功研制出了低电压、大电容的电磁铆接设备。中航工业沈阳飞机制造厂引进了 EI 公司的电磁铆接设备，用来生产机翼壁板，实现了机翼壁板的电磁铆接加工生产，其产品加共效率高、质量稳定，其铆接效率相比于传统铆接方式提高了 4 倍。另外，航天科工集团对火箭筒体装配生产也采用了电磁铆接设备。北京航空制造工程研究所从俄罗斯引进了两台电磁铆接设备，并根据此设备开展了有关机翼油箱装配系统的研究。

国外的电磁铆接技术研发较早，苏联与美国是最早开始研发与应用的国家。尤其是美国的商用企业波音、格鲁门、Electroimpact等公司对应电磁铆接技术进行了大量的试验与研究，极大扩展了电磁铆接技术的市场范围。

70年代，格鲁门宇航公司为研制F一14在专门研制了电磁铆接设备，成功地解决了A286（相当于我国GH2132）及钦合金等干涉配合紧固铆接大夹层钦合金结构所遇到的难题，取得了明显的技术经济效益。70年代中期到80年代中期，格鲁门宇航公司将电磁成形技术的应用范围不断扩大，申请了多项专利。如应力波制孔、应力波安装干涉配合紧固件、应力波焊接等。同时波音公司也发明电磁铆接设备，使用双枪进行液密干涉配合铆接，在80年代，波音公司曾将电磁铆枪装到自动钻铆机上使用。大约在1994年，波音公司计划在新型波音737机机身上使用电磁铆接技术。

四、未来发展建议

在实际生产中，为了能够更好的实现铆枪的功能，提出以下改进思路。（1）为了得到更大的铆接力，把驱动片做成和放电线圈一样的结构，把两线圈并联接入放电电路中，次级电流与主电流间相互作用从而产生铆接力，有利于提高铆接力。（2）双枪加载。在飞机生产中，由于无头铆钉便于实现自动化，大量采用无头铆钉，对于无头铆钉的成形可以采用双枪加载，以提高其干涉量。（3）采用更薄更细的线进行缠绕线圈，既能保证线圈的匝数更多增大电感，又能加强线圈的散热。（4）在保证后坐力能够在人的承受范围内，尽可能减少回弹体的重量，进一步减少铆枪的重量，使铆枪真正能达到手持而不是悬挂的目的。

参考文献：

[1]张东赫.轻量化电磁铆枪研制与铆接工艺试验[J].中国知网，2017.

[2]催俊佳.手持式电磁铆枪研制[J].中国知网，2008.

[3]王武坤.手提式电磁铆枪优化设计[J].中国知网，2006.

[4]孙立强.新型手持式电磁铆枪的研制[J].中国知网，2010.

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