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        碳換向器碳片及低溫焊接

        2018-11-01 01:17:20吳立新吳嘉恒
        汽車電器 2018年10期

        吳立新,吳嘉恒

        (株洲四維科技制造有限公司,湖南 株洲 412000)

        隨著汽車電噴系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,燃油系統(tǒng)的動(dòng)力單元——燃油泵的作用至關(guān)重要。目前廣泛使用的燃油泵電機(jī)屬于直流有刷電機(jī),它結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本低。換向器是直流有刷電機(jī)必不可少的關(guān)鍵組件,與油泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)息息相關(guān),直接影響到汽車燃油系統(tǒng)運(yùn)行的壽命和可靠性。

        油泵電機(jī)換向器從材質(zhì)上來分有碳換向器和銅換向器兩種,而碳換向器的使用壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅換向器,這一點(diǎn)已為業(yè)內(nèi)人士所公認(rèn)。但由于碳換向器的原材料——碳片目前為國外公司所壟斷,還有與之配套的低溫焊接技術(shù)國內(nèi)大部分企業(yè)也未能很好地掌握 (多數(shù)還是采用高溫焊接工藝),造成近十幾年來國內(nèi)的幾家主要大型換向器企業(yè)在碳換向器方面的生產(chǎn)舉步維艱,幾無建樹。跟主機(jī)廠家配套的碳換向器基本依賴進(jìn)口,另有大量的企業(yè)還在生產(chǎn)檔次較低的銅換向器。這就是目前國內(nèi)油泵電機(jī)換向器的生存現(xiàn)狀。隨著2020年國家對(duì)乙醇汽油的全面推廣與普及,用碳換向器取代銅換向器應(yīng)該是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

        在此背景下,受國內(nèi)某知名換向器生產(chǎn)廠家的委托,我們對(duì)碳換向器的核心——碳片以及碳片與銅支架的低溫焊接技術(shù)進(jìn)行了完全的自主研發(fā)。經(jīng)過近5年的努力,現(xiàn)已取得了技術(shù)上的完全突破。不僅能生產(chǎn)出合格的高壽命碳片,還能獲得良好的低溫焊接效果,并且已經(jīng)具備批量生產(chǎn)的能力。經(jīng)實(shí)際6000h壽命試驗(yàn),效果良好,已完全達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水準(zhǔn)。

        1 碳片的生產(chǎn)工藝流程

        全部的原材料均立足于國產(chǎn),并且全部生產(chǎn)工藝過程均由本公司自行實(shí)施。

        具體工藝流程如圖1所示。

        圖1 碳片生產(chǎn)的工藝流程

        成品碳片的物理性能指標(biāo):密度≥1.82 g/cm3;硬度≥48HSD;電阻率≤20 μΩ.m。以上指標(biāo)經(jīng)實(shí)際考核,完全可以滿足碳換向器的性能要求。

        2 碳片與銅支架的低溫焊接

        為了適應(yīng)換向器行業(yè)大批量生產(chǎn)的特性,專門自主開發(fā)了相應(yīng)的低溫焊接技術(shù),實(shí)現(xiàn)了碳片與銅支架的快速可靠焊接。采用自動(dòng)化連續(xù)焊接,焊接溫度根據(jù)需要設(shè)定在230~300℃之間,焊接點(diǎn)剪切強(qiáng)度≥10 MPa,斷面層位于碳片本體部位,牢固、可靠。

        3 換向器的焊接電阻

        碳換向器的焊接電阻理論值要求越小越好;各腳之間電阻值的離散性要小。將國產(chǎn)碳片與銅支架低溫焊接后,委托某知名換向器生產(chǎn)廠家直接加工成換向器,檢測(cè)8個(gè)腳的焊接電阻值,結(jié)果見表1。

        表1 國產(chǎn)碳片碳換向器焊接電阻值 /mΩ

        客戶要求該產(chǎn)品阻值≤0.8 mΩ,根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)完全可以滿足客戶需求。作為對(duì)比,表2、表3列出了國外兩款產(chǎn)品的電阻實(shí)測(cè)值。

        表3 國外某品牌Ⅱ碳換向器焊接電阻值 /mΩ

        4 壽命測(cè)試結(jié)果

        1)測(cè)試對(duì)象:1號(hào)泵和2號(hào)泵。

        2)說明:①1號(hào)泵和2號(hào)泵均由國內(nèi)某知名品牌廠家組裝生產(chǎn);②1號(hào)泵為國產(chǎn)碳片和碳刷 (以下簡稱國產(chǎn)泵),2號(hào)泵為進(jìn)口碳片和碳刷 (以下簡稱進(jìn)口泵)。

        3)壽命測(cè)試工況:①介質(zhì):30%乙醇汽油溶液;②壓力:0.4 MPa;③電壓:13 V;④國產(chǎn)泵連續(xù)工作6 015 h,進(jìn)口泵連續(xù)工作2 235 h。

        4)測(cè)試結(jié)果:測(cè)試過程中流量變化結(jié)果如圖2所示;壽命測(cè)試后碳片和碳刷的磨損情況見表4,壽命測(cè)試后燃油泵流量下降幅度見表5。1號(hào)和2號(hào)泵壽命測(cè)試結(jié)束后工作狀態(tài)仍正常。

        5 結(jié)束語

        圖2 油泵壽命測(cè)試過程流量變化情況

        表4 碳片和碳刷的磨損情況 /mm

        表5 流量下降幅度L/H

        采用本公司自行開發(fā)生產(chǎn)的碳片并配以相應(yīng)的低溫焊接技術(shù)生產(chǎn)的碳換向器,完全能滿足現(xiàn)有燃油泵電機(jī)的使用要求,并可替代進(jìn)口同類產(chǎn)品。在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提注:測(cè)試電壓為12 V,測(cè)試壓力為0.3 MPa。下可明顯降低碳換向器的生產(chǎn)成本,為碳換向器的大規(guī)模國產(chǎn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件,以適應(yīng)今后國家對(duì)乙醇汽油的推廣和使用。

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