مورد سيارات من المستوى الثاني مقره في غوتنبرغ، السويد، كان يطور جيلاً جديداً من مستشعرات درجة حرارة غاز العادم لمنصة شاحنات ثقيلة رئيسية في دول الشمال الأوروبي. تُركب هذه المستشعرات مباشرة على مشعب العادم وتتعرض لدورات حرارية قاسية - من البرودة القارسة التي تصل إلى -40 درجة مئوية في شتاء الدول الاسكندنافية عند بدء التشغيل البارد إلى أكثر من +800 درجة مئوية عند طرف الاستشعار أثناء التشغيل بكامل الحمل - بالإضافة إلى اهتزازات المحرك المستمرة عالية التردد. كان التلامس الزنبركي الداخلي الذي يربط عنصر الاستشعار السيراميكي بعلبة الأسلاك يفشل أثناء اختبارات الحياة المتسارعة.
نمط الفشل
التلامس الزنبركي الأصلي، المصنوع من سبيكة فوسفور برونز قياسية، كان يعاني مناسترخاء الإجهاد. بعد حوالي 500 ساعة من اختبارات الدورات الحرارية والاهتزاز متعدد المحاور مجتمعة، انخفضت قوة التلامس الطبيعية إلى ما دون العتبة الحرجة اللازمة للحفاظ على اتصال كهربائي مستقر ومنخفض المقاومة. أدى هذا التدهور إلى انقطاع متقطع في إشارة المستشعر، مما كان يؤدي إلى تشغيل رمز خطأ تشخيصي متعلق بالانبعاثات على ناقل CAN الخاص بالمركبة.
نهجنا
قدم فريق الهندسة السويدي حزمة مواصفات شاملة، بما في ذلك منحنى القوة والانحراف المستهدف وملف الاهتزاز المشتق من ISO 16750-3 (المعيار الدولي الذي يحكم الاختبارات البيئية للمعدات الكهربائية للمركبات، والذي اعتمدته شركات تصنيع المعدات الأصلية السويدية على نطاق واسع). تركز حلنا المقترح على تعديلين حاسمين:
1.ترقية المواد: أوصينا بالانتقال بالجزء من فوسفور برونز القياسي إلىنحاس البريليوم C17200، مع معالجة حرارية إلى حالة TH02 بعد التشكيل. يُحدد نحاس البريليوم على نطاق واسع في تطبيقات السيارات في دول الشمال الأوروبي لقدرته الفائقة على الاحتفاظ بقوة الزنبرك تحت درجات الحرارة المرتفعة المستمرة والإجهاد الميكانيكي الدوري. حد تحمل الإجهاد الناتج عن التعب لديه يتجاوز بشكل كبير فوسفور برونز تحت هذه الظروف التشغيلية المحددة.
2.تحسين الهندسة: باستخدام محاكاة تحليل العناصر المحدودة (FEA)، حدد فريق الهندسة لدينا نصف قطر انحناء داخلي حاد في التصميم الأصلي كان يعمل كمركز تركيز إجهاد غير مقصود. اقترحنا زيادة هذا النصف القطر بمقدار 0.2 مم. هذا التعديل الدقيق لم يغير الغلاف الخارجي للجزء أو ملاءمته داخل غلاف المستشعر، ولكنه قلل من ذروة إجهاد التشكيل في تلك المنطقة الحرجة بحوالي 18%.
التصنيع والتحقق المستقل
قمنا بتصنيع دفعة تجريبية من 2500 قطعة باستخدام قالب تدريجي معياري في منشأتنا في شنتشن. تم شحن عينات تمثيلية إلى مختبر اختبار مستقل معتمد في السويد للتحقق من صحتها مقابل بروتوكول الاختبار الكامل للعميل. أكدت النتائج أنه بعد 1000 ساعة من التعرض لدرجة حرارة محيطة تبلغ 125 درجة مئوية مع اهتزاز عشوائي متراكب، احتفظت تلامسات الزنبرك الجديدة من نحاس البريليوم بأكثر من 95% من قوتها الطبيعية الأولية المحددة. ظل انحراف مقاومة التلامس عبر جميع عينات الاختبار أقل من 2 مللي أوم، وهو ضمن هامش الانجراف المسموح به.
النتيجة طويلة الأجل
وافق العميل السويدي رسميًا على التلامس الزنبركي المعاد تصميمه ووضع طلب إنتاج متابعة لـ 25000 قطعة لدعم مرحلة التصنيع الأولية لمنصة الشاحنات الجديدة. أظهر هذا المشروع كيف يمكن لتدخل هندسة المواد المركز - على وجه التحديد، استبدال فوسفور برونز القياسي بنحاس البريليوم المعالج حرارياً - حل تحدي موثوقية مستمر وذو صلة بالمجال كان يهدد بتأخير التأهيل النهائي للمستشعر. بالنسبة لشركة Tingfeng Hardware، عزز هذا الارتباط التزامنا بتقديم حلول مدفوعة بالهندسة مصممة خصيصًا لتلبية المعايير الصارمة لسلسلة توريد السيارات في دول الشمال الأوروبي.