Szwedzki dostawca części samochodowych klasy 2 z Göteborga opracowywał nową generację czujników temperatury spalin dla głównej platformy ciężkich pojazdów ciężarowych w krajach nordyckich. Czujniki te są montowane bezpośrednio na kolektorze wydechowym i poddawane ekstremalnym cyklom termicznym – od mroźnych -40°C podczas zimnego rozruchu w skandynawskiej zimie do ponad +800°C na końcu czujnika podczas pracy pod pełnym obciążeniem – a także ciągłym wibracjom silnika o wysokiej częstotliwości. Wewnętrzny styk sprężynowy, który łączy ceramiczny element czujnika z wiązką przewodów, ulegał awarii podczas przyspieszonych testów żywotności.
Tryb awarii
Oryginalny styk sprężynowy, wykonany ze standardowego stopu brązu fosforowego, ulegał relaksacji naprężeń. Po około 500 godzinach połączonych cykli termicznych i testów wibracji wieloosiowych, siła docisku styku spadła poniżej krytycznego progu potrzebnego do utrzymania stabilnego, niskooporowego połączenia elektrycznego. Degradacja ta powodowała przerywane zaniki sygnału czujnika, co wyzwalało kod błędu diagnostycznego związanego z emisją spalin na magistrali CAN pojazdu.
Nasze podejście
Szwedzki zespół inżynierów dostarczył kompleksowy pakiet specyfikacji, w tym docelową krzywą siły-odkształcenia i profil wibracji pochodzący z normy ISO 16750-3 (międzynarodowy standard dotyczący badań środowiskowych elektrycznego wyposażenia pojazdów, szeroko stosowany przez szwedzkich producentów OEM). Nasze proponowane rozwiązanie skupiało się na dwóch kluczowych modyfikacjach:
1.Ulepszenie materiału: Zaleciliśmy przejście z produkcji części ze standardowego brązu fosforowego na Miedź berylową C17200, poddaną obróbce cieplnej do stanu TH02 po formowaniu. BeCu jest szeroko stosowana w nordyckich zastosowaniach motoryzacyjnych ze względu na swoją doskonałą zdolność do utrzymania siły sprężystości w podwyższonych temperaturach i pod wpływem cyklicznego obciążenia mechanicznego. Jej granica zmęczenia znacznie przewyższa granicę brązu fosforowego w tych konkretnych warunkach pracy.
2.Udoskonalenie geometrii: Korzystając z symulacji metodą elementów skończonych (FEA), nasz zespół inżynierów zidentyfikował ostry wewnętrzny promień zgięcia w oryginalnym projekcie, który działał jako niezamierzony koncentrator naprężeń. Zaproponowaliśmy zwiększenie tego promienia o 0,2 mm. Ta subtelna modyfikacja nie zmieniła zewnętrznego obrysu części ani jej dopasowania w obudowie czujnika, ale zmniejszyła szczytowe naprężenie formowania w tym krytycznym obszarze o około 18%.
Produkcja i niezależna walidacja
Wyprodukowaliśmy partię pilotażową 2500 sztuk przy użyciu modułowej prasy progresywnej w naszym zakładzie w Shenzhen. Reprezentatywne próbki zostały wysłane do akredytowanego, niezależnego laboratorium badawczego w Szwecji w celu walidacji zgodnie z pełnym protokołem testowym klienta. Wyniki potwierdziły, że po 1000 godzinach ekspozycji na temperaturę otoczenia 125°C z nałożonymi losowymi wibracjami, nowe styki sprężynowe z BeCu zachowały ponad 95% swojej określonej początkowej siły docisku. Odchylenie rezystancji styku we wszystkich próbkach testowych pozostało poniżej 2 miliohmów, znacznie poniżej dopuszczalnego marginesu dryfu.
Długoterminowy rezultat
Szwedzki klient formalnie zatwierdził przeprojektowany styk sprężynowy i złożył kolejne zamówienie produkcyjne na 25 000 sztuk, aby wesprzeć początkowe zwiększenie produkcji dla nowej platformy ciężarówek. Projekt ten pokazał, w jaki sposób ukierunkowana interwencja inżynierii materiałowej – w szczególności zastąpienie standardowego brązu fosforowego obrabianą cieplnie miedzią berylową – mogło rozwiązać uporczywy, istotny w praktyce problem niezawodności, który groził opóźnieniem ostatecznej kwalifikacji czujnika. Dla Tingfeng Hardware, to zaangażowanie wzmocniło nasze zaangażowanie w dostarczanie rozwiązań opartych na inżynierii, dostosowanych do rygorystycznych standardów nordyckiego łańcucha dostaw motoryzacyjnych.