電磁鉚槍專利技術綜述

李慧 陳成

摘要：電磁鉚接是基于電磁成形技術在傳統鉚接工藝上發展起來的一種新型連接工藝。而電磁鉚槍是該工藝在實際生產中的應用設備，目前國外的電磁鉚槍已經廣泛應用于航空航天領域，國內的電磁鉚槍正處于工程化應用的探索階段，加之電磁鉚槍設計理論尚不完善，仍存在鉚接力不足、后坐力較大以及鉚槍笨重不方便使用等問題。本文通過電磁鉚槍的專利技術分析，系統性的介紹國內外電磁鉚槍的發展現狀及電磁鉚接設備的工作原理，闡述了從最初的電磁勵磁機開始，逐步發展成高壓電磁鉚槍、低壓電磁鉚槍，全自動電磁鉚槍……

關鍵詞：電磁鉚接;鉚槍;高壓;低壓;自動

電磁鉚接技術主要起源于美國， 主要是解決飛機制造裝配過程中的部件連接問題，傳統的錘鉚或液壓鉚已經無法滿足大飛機高可靠性、長壽命的要求。20世紀60年代美國波音公司開始研究電磁鉚接技術，于1968年申請了強沖擊電磁鉚接的專利，同時也開發了一系列手持電磁鉚槍，取得了良好的技術效果。

電磁鉚接是利用電磁能來完成鉚釘鐓粗的一種高能量鉚接工藝，其原理如圖1-2-0所示。放電開關閉合瞬間，在成形線圈中產生一個快速變化的沖擊電流，在其周圍產生強磁場。強磁場使與之耦合的驅動片產生感應電流，進而產生渦流磁場，兩磁場相互作用產生的渦流斥力在放大器中不斷反射和透射，輸出一個波形和峰值改變了的應力，這一應力使鉚釘在短時間內完成塑性變形，鉚釘的應變率高達102-103S-1，鉚釘的變形過程接近于絕熱過程。由于其渦流斥力在放大器中以應力波的形式傳播，因此，電磁鉚接稱為應力波鉚接。

一、檢索系統及方法

為了研究電磁鉚槍技術世界范圍內的申請狀況，通過檢索CNABS和VEN數據庫來獲得進行統計分析的專利樣本。由于分類號較為準確，本次檢索主要通過分類號進行檢索。本次檢索涉及的分類號主要為：B21J15/24···用電磁鐵操作的;B21J15/26····利用旋轉的驅動裝置操作的，例如電動機。

通過檢索，在分類號B21J15/24與B21J15/26下面的中文相關文獻為304篇，外文相關文獻為993篇，本次技術分析以上述文獻為基礎。

二、專利申請趨勢分析

（一）中國專利分析

據文獻記載，中國近十年以來電磁鉚槍相關的專利申請的總趨勢是逐年增長的，雖然在2019年呈現下降的趨勢，主要是因為部分專利還沒來及的公開，對于發明專利預實用新型專利專利，總體上看，發明的專利申請總數要大于實用新型專利的申請總數，與授權量趨勢均呈下降狀態，而實用新型專利授權量卻在上升，這說明了自2009年以來中國的電磁鉚槍領域的專利經歷了一個快速增長的過程，這可能與中國的大環境有關系，收政策鼓勵以及當時的四萬億經濟刺激計劃，導致中國的科技研發與經濟有了增長的外部環境，導致專利申請量大增，尤其是電磁鉚槍作為一個實用價值高，涉及行業廣的新型技術工具，與實體經濟的好壞有著非常緊密的聯系;

（二）中國申請人構成分析

中國電磁鉚槍技術專利的主要申請人為福州大學、東莞市元鵬五金電子科技有限公司、蕪湖精鋒園林機械科技有限公司、西北工業大學、浙江大學等。

其中福州大學的電磁鉚槍技術專利申請量最多，主要要是福州大學的機械工程及自動化學院的相關專業比較強，同時該該校大力鼓勵和支撐大學生創新創業，同時多次舉辦研究生創新創業大賽，而電磁鉚槍屬于市場需求很強的新型技術，因此在創新過程中受到了研究生的青睞，并進行了大量的創新研究。

（三）中國專利地域分析

中國電磁鉚槍技術專利申請排名前三依次為浙江、廣東、江蘇，可以看出電磁鉚接技術專利申請的分布與經濟有直接關系，浙江之所以申請量排名第一，這與浙江經濟的發展是分不開的，浙江民營經濟發達，市場活躍，制造業強勢，比如浙江永康、義烏等縣級市主打小商品，小工具，市場涵蓋了海內外，尤其是永康市大量出口手動工具，電動工具，且設置的中國五金城為中國最大的五金批發市場之一，而電磁鉚槍作為市場占有率極高的手動工具，在永康分布著大大小小的生產廠家，自然專利的申請量不會低。

（四）全球專利分析

從1970年左右開始出現電磁鉚槍技術的專利申請，之后申請量保持著緩慢增長，直到2008年左右，呈現出了井噴式的增長，到了2018年幾乎達到了80件每年。雖然60-70年代已經出現了電磁鉚接技術，但是在1980年-1982年期間，美國、聯邦德國、英國等主要資本注意國家爆發了經濟危機，工業產值下降，制造業蕭條，雖然新興技術不斷涌現，但是缺乏市場活力，專利申請不積極，數量增長慢，但隨著戰后發展中國家的崛起，以及全球化加劇，各種新動能出現，不斷產生新興經濟體，全球經濟開始周期性復蘇，尤其是金磚四國的崛起，以及美國、歐盟、中國等開始重視制造業對經濟的貢獻，紛紛制釘制造業復興計劃，德國的工業4.0、中國的中國制造2025的，特別是全球化帶來的航空制造業與汽車產業的繁榮，導致電磁鉚接技術有了廣闊的用武之地，專利申請量開始猛增。

三、國內外產研現狀

我國的電磁鉚接技術從二十世紀八十年代開始發展。最早是西北工業大學開始了對電磁鉚接技術的研究，于 1986 年自行開發出第一代電磁鉚接設備。二十世紀90 年代中期，西工大開始了對低電壓電磁鉚接設備的研究，并成功研制出了低電壓、大電容的電磁鉚接設備。中航工業沈陽飛機制造廠引進了 EI 公司的電磁鉚接設備，用來生產機翼壁板，實現了機翼壁板的電磁鉚接加工生產，其產品加共效率高、質量穩定，其鉚接效率相比于傳統鉚接方式提高了 4 倍。另外，航天科工集團對火箭筒體裝配生產也采用了電磁鉚接設備。北京航空制造工程研究所從俄羅斯引進了兩臺電磁鉚接設備，并根據此設備開展了有關機翼油箱裝配系統的研究。

國外的電磁鉚接技術研發較早，蘇聯與美國是最早開始研發與應用的國家。尤其是美國的商用企業波音、格魯門、Electroimpact等公司對應電磁鉚接技術進行了大量的試驗與研究，極大擴展了電磁鉚接技術的市場范圍。

70年代，格魯門宇航公司為研制F一14在專門研制了電磁鉚接設備，成功地解決了A286（相當于我國GH2132）及欽合金等干涉配合緊固鉚接大夾層欽合金結構所遇到的難題，取得了明顯的技術經濟效益。70年代中期到80年代中期，格魯門宇航公司將電磁成形技術的應用范圍不斷擴大，申請了多項專利。如應力波制孔、應力波安裝干涉配合緊固件、應力波焊接等。同時波音公司也發明電磁鉚接設備，使用雙槍進行液密干涉配合鉚接，在80年代，波音公司曾將電磁鉚槍裝到自動鉆鉚機上使用。大約在1994年，波音公司計劃在新型波音737機機身上使用電磁鉚接技術。

四、未來發展建議

在實際生產中，為了能夠更好的實現鉚槍的功能，提出以下改進思路。（1）為了得到更大的鉚接力，把驅動片做成和放電線圈一樣的結構，把兩線圈并聯接入放電電路中，次級電流與主電流間相互作用從而產生鉚接力，有利于提高鉚接力。（2）雙槍加載。在飛機生產中，由于無頭鉚釘便于實現自動化，大量采用無頭鉚釘，對于無頭鉚釘的成形可以采用雙槍加載，以提高其干涉量。（3）采用更薄更細的線進行纏繞線圈，既能保證線圈的匝數更多增大電感，又能加強線圈的散熱。（4）在保證后坐力能夠在人的承受范圍內，盡可能減少回彈體的重量，進一步減少鉚槍的重量，使鉚槍真正能達到手持而不是懸掛的目的。

參考文獻：

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