Високата густина и цената на традиционалните бакарни жици во автомобилите ја поттикнаа индустријата да бара алтернативни материјали за да постигне намалување на трошоците и лесни. Алуминиумот стана идеална замена за бакар заради нејзината добра спроводливост, мала густина и ниска цена, но има и проблеми како што се мала јачина и лесна оксидација. Написот се фокусира на автомобилски кабли со голем пресек и длабоко ги истражува техничките тешкотии што треба да се решат при заменувањето на бакарот со алуминиум, вклучувајќи спроводливост, јачина, компресивно лази, оксидација и разлики во коефициентите на термичка експанзија. Со анализирање на меѓународните стандарди за автомобилска жица, беше спроведена физибилити студија за замена на бакар со алуминиум и беше предложено специфично техничко решение: користење на 1 серија чиста алуминиумска жица со поголема пресек на пресек за замена на бакарна жица, по принципот на еквивалентен отпор на отпор; Обезбедување на две решенија за поврзување со жица и терминал: заварување на триење и ултразвучно заварување и користење на цевки за намалување на топлината со двојни wallидови за запечатување. Написот дава нова патека со референтна вредност за автомобилските компании за да се постигне намалување на трошоците и лесна тежина.

Автомобилските жици за жици се низ целото тело на автомобилот. Традиционалните жици се изработени од електролитски бакар со висока чистота, фалсификувани, нацртани и шарчени од специјални процеси. Поради високата густина на бакарот, вкупната тежина на прицврстувачот на возилото надминува 20 килограми и цената е голема, што носи притисок на трошоците за претпријатијата. За таа цел, индустријата активно истражува алтернативни материјали за бакарни жици за да ги постигне целите на намалување на трошоците и лесни. Меѓу вообичаените материјали за спроводник, алуминиумот е идеална замена. Има добра спроводливост, втора само за бакар меѓу најчесто користените метали и е лесна во тежина. Неговата густина е околу 30% од бакар и неговата цена е само 20% ~ 30% од бакар, но има проблеми како што се мала јачина и лесна оксидација. Оваа статија предлага референтно техничко решение за замена на бакар со алуминиум за автомобилски кабли со голем пресек.

1. Технички прашања што треба да се решат при заменувањето на бакарот со алуминиум

Алуминиумот е супериорен во однос на бакарот по цена и квалитет и стана жариште за намалување на трошоците и лесни истражувања во автомобилските компании. Сепак, алуминиумот што го заменува бакарот сè уште се соочува со некои технички тешкотии.

1) спроводливоста на алуминиумот е инфериорна во однос на бакар. Ако проблемот се реши со зголемување на пресекната област на алуминиумска жица, спецификацијата на алуминиумската жица треба да се зголеми за нивоа од 1 ~ 2, што ќе ја направи алуминиумската жица за жица поголема од прицврстувачот на бакарна жица. Просторот за инсталација и радиусот на свиткување треба да се земат предвид при уредување на прицврстувачот.

2) Алуминиумот има мала јачина. Механичката јачина е само 1 / 3 од онаа на бакар, и лесно е да се скрши за време на стегање. Кога автомобилот вози, жицата вибрира и лесно е да се пробие, така што треба да се зголеми јачината на алуминиумската жица.

3) Алуминиумот има значителен компресивен феномен на лази. На околу 80 ℃, лази се интензивира под притисок, додека бакарот треба да биде над 230 ℃ за да покаже одреден степен на компресивно лази. Карактеристиките на компресивните лази на алуминиум ќе предизвикаат точката на поврзување да се олабави со температурните промени и времето откако ќе се згаснат терминалот, што влијае на електричните перформанси на жицата.

Затоа, технологијата за поврзување со алуминиум-бакар бара посебен дизајн за да се обезбеди сигурни електрични перформанси во текот на животниот циклус на производот.

4) Алуминиумот е хемиски активен. Лесно се оксидира кога е изложено на воздух, формирајќи густ и тврд алуминиумски оксид филм. Алуминиум оксид има силни изолациони својства и ќе влијае на спроводливоста на алуминиумските жици. Кога алуминиумските контакти со бакарни терминали во влажно и енергично опкружување, лесно е да се формира галванска реакција, предизвикувајќи електрохемиска корозија на врската и го кородира алуминиумскиот проводник. Оваа состојба мора да се избегне.

5) Алуминиум и бакар имаат различни коефициенти на термичка експанзија. По долгорочната алтернатива на топла и ладна, врската е лесна за олабавување, влијае на веродостојноста на точката на поврзување.

2. Анализа на блискости и технички решенија на алуминиум Заменување на бакар

1) Анализа на физибилити

На меѓународно ниво, постојат три главни стандарди за автомобилска жица: американски, јапонски и европски. Со глобалната интеграција на индустриската технологија во автомобилската индустрија, жицата стандарди на различни земји постепено се приближуваат до ISO серијата меѓународни стандарди. Во моментов, повеќето домашни автомобили OEM користат бакарни жици од бакар и ги следат ISO 19642-5 и ISO 6722-1 меѓународни стандарди. Овие два стандарди имаат слични технички барања за автомобилски жици од бакарно јадро, а обајцата ја одредуваат детално отпорноста, издржливоста на напонот и другите карактеристики на жиците. Меѓу нив, ISO 19642-5 има подетални барања за перформанси на жицата.

Странските жици од алуминиум се користат во индустриски апликации најмалку 30 години. Тие за прв пат биле користени во авијациската индустрија и почнале да се користат во автомобилското поле во почетокот на 21 век. Во 2013 година беше објавен официјалниот меѓународен стандард ISO 6722-2 за автомобилски алуминиумски жици, а во 2019 година беше објавен сличен ISO 19642-6. Меѓународните стандарди ISO 19642-6 и ISO 6722-2 обезбедуваат технички барања за дијаметар на спроводникот, отпорност, отпорност на волумен на изолација, итн. Двата стандарди се слични по содржина, а ISO 19642-6 има подетални барања за изведба на автомобилски алуминиумски спроводници. Затоа, дизајнот на шемата треба сеопфатно да ги разгледа овие два меѓународни стандарди.

Алуминиумските проводници мора да бидат еквивалентни на бакарни проводници и да исполнат три точки: прво, тие мора да обезбедат слична спроводливост и други својства на заменетите бакарни проводници, осигурувајќи дека првичната функција на колото во основа се одржува додека го заменува материјалот на спроводникот; второ, спречете ја алуминиумската жица да се оксидира; Трето, постигнете сигурна врска помеѓу алуминиумската жица и терминалот, бидејќи алуминиумскиот материјал има мала цврстина и може да замор и да се скрши по вибрациите на свиткување, ликвидација и висока фреквенција.

2) Алтернативи за проводници на електрична енергија

Споредувајќи ги меѓународните стандарди ISO 19642-5 и ISO 6722-1 за бакарни проводници, и ISO 19642-6 и ISO 6722-2 за проводниците на алуминиум, може да се види дека кога отпорот е сличен, на алуминиумскиот проводник му е потребна поголема спецификација за да се постигне спроводливост слична на онаа на бакарниот спроводник.

Европскиот стандард за состав на алуминиум и алуминиумска легура EN 573-3: 2003 предвидува дека алуминиумските и алуминиумските легури можат да се поделат во 8 серии. Меѓу нив, серија 1 е чиста алуминиумска жица со содржина на алуминиум од повеќе од 99%; Серија 2 до 8 алуминиумски легури се нови композитни легури базирани на алуминиум, развиени со додавање на различни пропорции на Si, Fe, Cu, Mg, Mn, Nano-Ceramics и јаглеродни наноматеријали до чист алуминиум. Матрицата е засилена легура третирана со топлина. Под услов да се обезбеди одредена спроводливост, максимизирана јачината на затегнување на алуминиумската легура, истовремено обезбедувајќи доволно издолжување.

Карактеристиките на 1 серија чиста алуминиумска жица се висока спроводливост, добра топлинска спроводливост, јачина на затегнување од 60 ~ 110mpa и издолжување на спроводникот поголема од 12%. Тој е најчесто користен алуминиумски спроводник за автомобилски кабли. Оваа оценка на алуминиумска жица е погодна за кабли за напојување со голем дијаметар.

Накратко, може да се следи принципот на еквивалентен отпор за замена на бакарна жица со чиста алуминиумска жица со поголема пресек, а отпорот на жиците пред и по замената е иста или близу. На пример, пресек на површината на оригиналната бакарна жица е 35мм2, а максималниот отпор на спроводникот по единица должина на 20 ℃ е 0,527MΩ / m. Спецификацијата на алуминиумскиот спроводник со најблискиот параметар на отпор треба да се зголеми на 60мм2. Во ова време, максималната отпорност на спроводникот по единица должина на 20 ℃ е 0,525mΩ / m.
3) Шема за поврзување помеѓу жици и терминали
① Фрикција на решение за заварување

Технологијата за заварување на триење потекнува пред повеќе од сто години. Ја користи топлината генерирана од триењето на површината за контакт на работното парче за да го направи работното парче пластично да се деформира под притисок, а со тоа да се постигне заварување. Оваа технологија е широко користена во граѓанските и воздушните полиња.

Опремата го придвижува работното парче за да генерира многу топлина со триење, што ја намалува цврстината на металот, ја подобрува пластичноста и ги прави металните атоми дифузни и ладни и кристализираат едни со други за да формираат цврст спој за заварување на триење. Во исто време, брзото триење го уништува оксидниот филм на металната површина и ја подобрува спроводливоста на заварениот зглоб. Во споредба со традиционалното заварување на фузија, заварувањето на триење ги има следниве карактеристики: прво, заварениот зглоб има голема јачина, стабилен квалитет, добра конзистентност на компонентите, а јачината на зглобот е еквивалентно на оној на матичниот материјал; Второ, тоа е заштеда на енергија и еколошки, без потреба од шипки за заварување и заштитни гасови, не се создаваат токсични или штетни гасови за време на процесот на заварување, а опремата троши мала моќ; Трето, заварувањето на триење може да постигне заварување на различни материјали, зглобот нема пори или подмножества и не се јавува електрохемиска корозија.

Во овој раствор, композитниот терминал во форма на бакар-алуминиум „L“ усвојува процес на заварување на ротирачко триење за да ги поврзе крајната фалсификувана бакарна плоча и опашката чиста алуминиумска цилиндер. Фалсификуваната бакарна плоча се користи за да се собере на батеријата или стартерот. Изработено е од месинг, има голема јачина, не е лесно да се пробие за време на инсталацијата, а површинското затемнување може да ја ублажи електрохемиската корозија предизвикана од контакт помеѓу месингот и телото на автомобилот. Опашката чиста алуминиумска цилиндер е колонообразен шуплив структура што се користи за поврзување на алуминиумскиот спроводник. Откако алуминиумскиот проводник е ставен во чистиот алуминиумски цилиндер со специјална опрема, тој е зафатен со опрема за фалсификување. Чистата алуминиумска жица и чистиот алуминиумски цилиндер се изработени од ист материјал и го имаат истиот коефициент на термичка експанзија, што може да избегне фрактура на замор кога високи и ниски температури наизменично заради разликата во коефициентот на термичка експанзија.

Предностите на ова решение се: фалсификуваната бакарна плоча може да ги исполни барањата за склопување, а алуминиумската цевка што ја поврзува алуминиумската жица може да избегне фрактура на замор предизвикана од различните термички коефициенти на експанзија на традиционалниот терминал на бакар и алуминиумскиот спроводник, што не само што го решава проблемот со јачината на инсталацијата на терминалот, но исто така и го решава проблемот со врската.

Откако терминалот е поврзан со алуминиумскиот спроводник, за запечатување може да се користи цевка за намалување на топлината со лепак. Цевката за намалување на топлината има изолација, отпорност на корозија и отпорност на абење. Откако се загрева со специјална опрема, надворешниот wallид се намалува, а цврстиот лепак на внатрешниот wallид се топи во течен лепак, покривајќи го делот за терминална врска и површината на кожата на изолацијата на жицата. По ладењето и зацврстувањето, може да постигне отпорност на запечатување и корозија и да спречи корозија на оксидација на зглобот.
②ултразвучно решение за заварување

Од осумдесеттите години на минатиот век, ултразвучната технологија за заварување на метал се применува на заварувањето на жицата, користејќи ја енергијата на вибрации на ултразвучна фреквенција за да се реорганизира металната молекуларна структура на решетките и да се поврзат истите или различните метали. Заварениот зглоб постигнува металуршко сврзување без да се топи матичниот материјал, кој припаѓа на заварување со цврста состојба и може ефикасно да го избегне распрскувачот и оксидацијата на обичното заварување.

Технологијата на ултразвучно заварување е широко користена во врска со жици и жици, жици и терминали. Процесот на заварување е брз и параметрите на процесот можат да се следат во текот на целиот процес. Заварениот зглоб е чист метален конектор, кој не е лесно погоден од стареење, лази и замор. Врската е цврста, сигурноста е голема, а отпорот на контакт е низок.

Оваа технологија може да ги поврзе истите или различните материјали, како што се бакар и алуминиум. Бидејќи металот е директно заварен, не е потребен дополнителен лемење или флукс. Покрај тоа, ултразвучното заварување има мал термички стрес на материјалот и во основа не ги менува својствата на заварениот материјал и околните материјали. Ултразвучното заварување има едноставен процес, висока јачина на зглобовите, добра спроводливост и широк спектар на спецификации на спроводникот што можат да се заваруваат. Проводниците со пресек од 160мм2 или дури и поголеми можат да се заваруваат. Слично на технологијата за заварување на триење, ултразвучната технологија за заварување е погодна за поврзување на различни материјали и форми, како што се бакар и алуминиум, жица и плоча, и широко се користи во жицата и кабелската индустрија. Затоа, ова решение користи месинг терминали, кои се поврзани со чисти проводници на алуминиум преку ултразвучна технологија за заварување и се згрчени и фиксирани со канџи на краевите на терминалите за подобрување на веродостојноста на врската. Слично на тоа, цевката за намалување на топлината со двојно идови може да се користи за запечатување на врската за да се спречи корозија на оксидацијата на зглобот.

3. Резиме

Врз основа на тековната состојба на висока цена и тешка тежина на автомобилските бакарни жици, овој труд ги проучува стандардите за изведба на бакарни и алуминиумски жици и предлага техничко решение за замена на бакарни жици со алуминиумски жици, обезбедување на нов начин за претпријатија да ги намалат трошоците и да ја намалат тежината.