Visoka gustina i trošak tradicionalnih bakrenih žica u automobilima potaknuli su industriju da traže alternativne materijale za postizanje smanjenja troškova i lagane. Aluminijum je postao idealan zamjena za bakar zbog dobre provodljivosti, niske gustoće i niske cijene, ali ima i problema poput slabe čvrstoće i jednostavne oksidacije. Članak se fokusira na automobilskim kablovima sa velikim dijelom, a duboko istražuje tehničke poteškoće koje je potrebno riješiti prilikom zamjene bakra sa aluminijom, uključujući provodljivost, čvrstoću, oksidaciju i razlike u termičkim koeficijentima za ekspanziju. Analizirajući međunarodne standarde za automobilsku žicu, provedeno je studija izvodljivosti na zamjenu bakra sa aluminijom, a bilo je specifično tehničko rješenje: korištenje čiste aluminijske žice 1 serije s većim presjekanjem prostora za zamjenu ekvivalentnog otpora; Pružanje dva žičana i terminalna rješenja za zavarivanje trenja i ultrazvučno zavarivanje i upotreba dvostruko zidane ljepljive cijevi za rascjepljenje za brtvljenje. Članak pruža novi put s referentnom vrijednošću za automobilske kompanije za postizanje smanjenja troškova i lagane.

Automobilski kabelovi ožičenja su po cijelom automobilu. Tradicionalne žice izrađene su od visokolity elektrolitičkog baka kovanog, izvučenih i zgloba posebnim procesima. Zbog velike gustoće bakra, ukupna težina kabelskog snopa vozila prelazi 20kg, a troškovi su visoki, što donosi troškove na preduzeća. U tu svrhu industrija aktivno istražuje alternativne materijale za bakrene žice za postizanje ciljeva smanjenja troškova i lagane. Među zajedničkim materijalima za provodnike, aluminij je idealan zamjena. Ima dobru provodljivost, sekundu samo bakra među najčešće korištenim metalima, a lagana je težina. Njegova gustina iznosi oko 30% bakra i njezina cijena je samo 20% ~ 30% bakra, ali ima problema kao što su mala čvrstoća i jednostavna oksidacija. Ovaj članak predlaže referentno tehničko rješenje za zamjenu bakra sa aluminijom za automobilske kablove za automobile velike sekcije.

1.Tehnička pitanja koja treba riješiti prilikom zamjene bakra sa aluminijom

Aluminij je superiorniji od bakra u cijenu i kvaliteti, a postao je vruće mjesto za smanjenje troškova i lagana istraživanja u automobilskim kompanijama. Međutim, aluminij zamjenjuje bakar i dalje se suočava s nekim tehničkim poteškoćama.

1) Aluminijska provodljivost je inferiorna od bakra. Ako se problem riješi povećanjem područja aluminijumske žice, aluminijumske žice treba povećati za 1 ~ ~ 2 nivoa, što će aluminijumski žičani pojas veći od kabelskog snopa bakrene žice. Instalacijski prostor i radijus savijanja trebaju se uzeti u obzir prilikom uređenja kabelskog snopa.

2) aluminijum ima nisku čvrstoću. Mehanička čvrstoća je samo 1 / 3 od bakra, a lako je slomiti tokom presovanja. Kad automobil vozi, žica vibrira i lako se razbija, pa je potrebno povećati snagu aluminijske žice.

3) Aluminij ima značajan fenomen kompresivnog puzanja. Na oko 80 ℃, puzanje se pojačava pod pritiskom, dok bakar mora biti iznad 230 ℃ za prikaz određenog stepena kompresivnog puzanja. Karakteristike puzanja kompresivnih puzanja uzrokovat će da se veza za priključak otpusti temperaturne promjene i vrijeme nakon što se terminal pređu, utječe na električne performanse žice.

Stoga, aluminijska bakrena veza tehnologija zahtijeva poseban dizajn kako bi se osiguralo pouzdane električne performanse tokom životnog ciklusa proizvoda.

4) aluminijum je hemijski aktivan. Lako se oksidira kada je izložena zraku, formirajući gusti i tvrdi aluminijski oksidni film. Aluminijski oksid ima snažna izolacijska svojstva i utječe na provodljivost aluminijskih žica. Kad aluminij kontaktira bakrene terminale u vlažnom i energiziranom okruženju, lako je formirati galvansku reakciju, uzrokujući elektrohemijsku koroziju u vezi i korodiranju aluminijumskog vodiča. Mora se izbjeći ova situacija.

5) aluminijumski i bakar imaju različite toplotne koeficijente za proširenje. Nakon dugoročne izmjene vrućeg i hladnog, veza je lako otpustiti, utječući na pouzdanost veze veze.

2. Analiza i tehnička rješenja aluminijuma zamjenjuju bakra

1) Analiza izvodljivosti

Međunarodno, postoje tri glavne standarde automobile: Amerikanac, Japanski i evropski. Uz globalnu integraciju industrijske tehnologije u automobilsku industriju, žičani standardi različitih zemalja postepeno se postepeni bliže ISO seriji međunarodnih standarda. Trenutno, većina domaćih automobila OEM koristi bakrene jezgre i slijede međunarodne standarde ISO 19642-5 i ISO 6722-1. Ova dva standarda imaju slične tehničke zahtjeve za automobilskim bakrenim žicama, a obje određuju otpornost, izdržati napon i druge karakteristike žica detaljno. Među njima ISO 19642-5 ima detaljnije zahtjeve za performanse žica.

Strane aluminijske žice koriste se u industrijskim aplikacijama najmanje 30 godina. Prvo su se koristili u vazduhoplovnoj industriji i počeli su da se koriste u automobilskoj polju početkom 21. veka. U 2013. godini objavljen je službeni međunarodni standard ISO 6722-2 za automobilske aluminijske žice za automobile, a u 2019. godini pušten je sličan ISO 19642-6. Međunarodni standardi ISO 19642-6 i ISO 6722-2 pružaju tehničke zahtjeve za promjer provodnika, otpornost na izolaciju, itd. Dva standarda su slična sadržaju, a ISO 19642-6 ima detaljnije zahtjeve za izvođenjem automobilskih aluminijskih vodiča. Stoga dizajn sheme treba sveobuhvatno razmotriti ova dva međunarodna standarda.

Aluminijski vodiči moraju biti ekvivalentni bakrenim dirigentima i ispuniti tri boda: Prvo, moraju osigurati da imaju sličnu provodljivost i druga svojstva zamijenjenim bakrenim dirigentima, osiguravajući da se originalna funkcija krugova u osnovi održava tijekom zamjene materijala za dirigent; Drugo, sprečavaju oksidiranje aluminijske žice; Treće, postići pouzdanu vezu između aluminijske žice i terminala, jer aluminijski materijal ima malu tvrdoću i može umor i pauza nakon savijanja, namotavanja i vibracije visoke frekvencije.

2) Alternativa za provodnike linija

Upoređujući međunarodne standarde ISO 19642-5 i ISO 6722-1 za bakrene dirigente i ISO 6722-6 i ISO 6722-2 za aluminijske dirigentima, može se vidjeti da je kada je otpor sličan, aluminijski provodnik treba postići veću specifikaciju za postizanje provodljivosti sličnog onom bakrenom dirigentu.

Standard sastava evropskog aluminija i aluminija i aluminija EN 573-3: 2003 predviđa da se legure aluminija i aluminija mogu podijeliti u 8 serija. Među njima je serija 1 čista aluminijska žica sa aluminijumskim sadržajem više od 99%; Serija 2 do 8 aluminijskih legura su nove aluminijske kompozitne legure razvijene dodavanjem različitih proporcija Si, Fe, Cu, MG, MN, Nano-keramike i ugljičnih nanomaterijala do čistog aluminija. Matrica je termička obrađena legura. Pod uvjetom osiguranja određene provodljivosti, zatezna čvrstoća aluminijske legure maksimizira se, istovremeno osiguravajući dovoljno izduženja.

Karakteristike čiste aluminijske žice serije su visoke provodljivosti, dobra toplinska provodljivost, zatezna snaga 60 ~ 110MPA i izduženje dirigenta veće od 12%. To je najčešće korišteni aluminijski dirigent za automobilski kablove. Ova ocjena aluminijske žice pogodna je za kablove za napajanje velikih promjera.

Ukratko, princip ekvivalentnog otpora može se poštivati za zamjenu bakrene žice čistom aluminijskom žicom s većim površinom presjeka i otpornosti žica prije i nakon zamjene je isti ili blizak. Na primjer, presjek originalne bakrene žice je 35mm2, a maksimalni otpor provodnika po jedinici dužine u 20 ℃ iznosi 0,527Mω / m. Specifikacija aluminijumskog provodnika s najbližim parametrom otpora potrebno je povećati na 60 mm2. U ovom trenutku maksimalni otpor dirigenta po jedinici dužine u 20 ℃ iznosi 0,525Mω / m.
3) Shema veze između žica i terminala
①tikrističko zavarivanje rešenje

Tehnologija zavarivanja trenja nastala je prije više od sto godina. Koristi toplinu koju generira trenje kontalne površine komada kako bi se radni komad plastično deformirao pod pritiskom, čime se postigne zavarivanje. Ova se tehnologija široko koristi u civilnom i zrakoplovnom polju.

Oprema pokreće radni komad da generira puno topline trenjem, što smanjuje tvrdoću metala, poboljšava plastičnost i čini metalne atome difuzne i cooltiziraju i kristaliziraju se kako bi se formirali čvrsto spoj za zavarivanje čvrstog trenja. Istovremeno trenje velike brzine uništava oksidni film na metalnoj površini i poboljšava provodljivost zavarenog spoja. U usporedbi s tradicionalnim fuzijskim zavarivanjem, zavarivanje trenja ima sljedeće karakteristike: Prvo, zavareni spoj ima visoku čvrstoću, stabilnu kvalitetu, dosljednost dobre komponente, a zajednička čvrstoća ekvivalentna je matičnom materijalu; Drugo, uštedu energije i ekološki prihvatljivo, bez potrebe za zavarivanjem i zaštitnim gasovima, tokom procesa zavarivanja ne generiraju otrovne ili štetne gasove, a oprema potroši malo snage; Treće, zavarivanje trenja može postići zavarivanje različitih materijala, zglob nema pore ili uključivanja, a ne dolazi do elektrohemijske korozije.

U ovom rješenju, "L" -Sped bakar-aluminijski kompozitni terminal usvaja proces zavarivanja okretnog trenja za povezivanje krajnje kovanog bakrene ploče i repnog čistog aluminijskog cilindra. Kovani bakreni tanjur koristi se za sastavljanje baterije ili startera. Napravljen je od mesinga, ima veliku snagu, nije lako razbiti tokom instalacije, a površinski kašika može ublažiti elektrohemijsku koroziju uzrokovanu kontaktom mesinga i tijela automobila. Rep čisti aluminijski cilindar je kolumnarska šuplja koja se koristi za povezivanje aluminijumskog vodiča. Nakon što se aluminijski dirigent postavi u čisti aluminijski cilindar posebnom opremom, prekrivena je kovanjem opreme. Čisto aluminijska žica i čisti aluminijski cilindar izrađeni su od istog materijala i imaju isti toplotni koeficijent ekspanzije, koji mogu izbjeći lom umor kada su visoke i niske temperature naizmjeničnu zbog razlike u toplinskom koeficijentu za proširenje.

Prednosti ovog rješenja su: Kovani bakreni tanjur može udovoljiti zahtjevima za montažu, a aluminijska cijev za aluminijsku žicu može izbjeći prelom zamota koji su prouzrokovali samoprocjenu i aluminijskim dirigentima, već i rješava i problem priključavanja aluminijumskog vodiča i terminala.

Nakon što je terminal povezan s aluminijskim dirigentima, za brtvljenje može se koristiti dvostruko zidana cijev za skupljanje s ljepilom. Cev za toplinsku skupljanje ima izolaciju, otpornost na koroziju i otpornost na habanje. Nakon zagrijavanja posebne opreme, vanjski zid se smanjuje, a čvrsto ljepilo na unutrašnjem zidu topi se u tekući ljepilo, prekrivajući dijelu terminalnog priključka i površinu kože izolacije žice. Nakon hlađenja i učvršćenja može se postići otpornost na brtvljenje i koroziju i spriječiti oksidacijsku koroziju na spoju.
②ultrasonic rješenje za zavarivanje

Od 1980-ih, ultrazvučnu tehnologiju za zavarivanje metala primijenjena je na žičanu zavarivanje pojaseva, koristeći ultrazvučnu vibracijsku energiju za reorganiziranje metalne molekularne rešetke i povezivanje istih ili različitih metala. Zavareni zglob postiže metalurško lijepljenje bez topljenja matičnog materijala, koji pripada sobnom stanju zavarivanje i može učinkovito izbjeći prskanje i oksidaciju običnog zavarivanja.

Ultrazvučna tehnologija zavarivanja široko se koristi u priključku žica i žica, žica i terminala. Proces zavarivanja je brz, a parametri procesa mogu se pratiti tokom cijelog procesa. Zavareni spoj je čisti metalni konektor, koji ne utječe lako starenjem, puzanjem i umorom. Veza je čvrsto, pouzdanost je visoka, a kontaktni otpor je nizak.

Ova tehnologija može povezati iste ili različite materijale, poput bakra i aluminija. Budući da se metal direktno zavari, nijedan dodatni lemljenje ili tok nije potreban. Pored toga, ultrazvučno zavarivanje ima nizak termički stres na materijalu i u osnovi ne mijenja svojstva zavarenog materijala i okolnih materijala. Ultrazvučno zavarivanje ima jednostavan proces, visoku čvrstoću spoju, dobru provodljivost i širok spektar specifikacija dirigenta koji se mogu zavariti. Dirigenti sa presjekom površine 160mm2 ili čak veći mogu se zavariti. Slično tehnologiji za zavarivanje trenja, ultrazvučna tehnologija zavarivanja pogodna je za spajanje različitih materijala i obrazaca, poput bakra i aluminija, žice i ploče, a široko se koristi u žici i kablovskoj industriji. Stoga ovo rješenje koristi mesinganirane terminale, koji su povezani sa čistim aluminijskim vodičima kroz ultrazvučnu tehnologiju zavarivanja, te su učvršćeni i fiksirani kandže na krajevima terminala za poboljšanje pouzdanosti veze. Slično tome, dvostruko zidane ljepilo cijevi za rascjepljenje može se koristiti za brtvljenje veze radi sprečavanja oksidacijske korozije na spoju.

3. Sažetak

Na osnovu trenutne situacije visoke cijene i teške težine bakrenih žica, ovaj rad studira standarde performansi bakrene i aluminijske žice i predlaže tehničko rješenje za zamjenu bakrenih žica, pružajući novi način za smanjenje troškova i smanjenje težine.