(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 引言

電磁繼電器裝配過程中釬焊、調(diào)試過程均會對簧片產(chǎn)生應(yīng)力，裝配應(yīng)力釋放不充分會導(dǎo)致電磁繼電器在試驗時釋放電壓低失效，應(yīng)力釋放不充分除與簧片材料固有性能有關(guān)之外，直接反映是產(chǎn)品靜壓力小。

以往研究繼電器簧片應(yīng)力的文獻(xiàn)較少，且多針對設(shè)計、試驗、系統(tǒng)開發(fā)方面，去除裝配應(yīng)力的研究尚未見報道。文獻(xiàn)[1]、[2]是關(guān)于應(yīng)用開發(fā)彈性材料應(yīng)力松弛測試系統(tǒng)，選定兩種簧片材料，對繼電器接觸簧片加速應(yīng)力松弛試驗，找出短期變化規(guī)律，以外推出長期的應(yīng)力松弛量，為繼電器可靠性設(shè)計提供必要依據(jù)[1，2]。文獻(xiàn)[3]從選定繼電器總結(jié)出簧片應(yīng)力集中點(diǎn)在觸點(diǎn)動作過程中的應(yīng)力變化，得出接觸力作用點(diǎn)位置、簧片尺寸、倒角大小對應(yīng)力集中點(diǎn)應(yīng)力值的影響規(guī)律，從而得到設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)建議[3]。文獻(xiàn)[4]也是從設(shè)計方面、針對具體繼電器型號異形簧片計算及推桿疲勞強(qiáng)度計算分析繼電器應(yīng)力的失效案例[4]。文獻(xiàn)[5]是從試驗階段出發(fā)，研究隨機(jī)振動環(huán)境應(yīng)力篩選方法，剔除有早期失效隱患的產(chǎn)品[5]。

應(yīng)力釋放不充分會導(dǎo)致電磁繼電器靜壓力不穩(wěn)定、試驗中因釋放電壓低失效，去除繼電器裝配應(yīng)力的方法通常是機(jī)械老煉和溫度老煉。以上兩種常用方法不足以使簧片裝配應(yīng)力釋放充分，因此本文提出新的工藝方法，選用高溫按壓方式去除簧片裝配應(yīng)力，穩(wěn)定靜壓力，實驗驗證后效果明顯，解決了試驗過程中釋放低的問題。

2 常用工藝方法應(yīng)用情況

引言中已提及去除繼電器裝配應(yīng)力兩種常用方法是機(jī)械老煉和溫度老煉。機(jī)械老煉指在一段時間內(nèi)(按設(shè)計文件)使繼電器不加負(fù)載，用額定工作電壓(脈沖)驅(qū)動，使其零、部件承受機(jī)械力的交替作用。溫度老煉指在一段時間(按設(shè)計文件)內(nèi)使繼電器承受高溫，用以消除調(diào)整和裝配過程中零部件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定磁性能[6]。

為研究常用方法是否能有效去除簧片裝配應(yīng)力，對采用常溫機(jī)械老練、真空烘烤工藝方法前后的產(chǎn)品靜壓力變化情況(表1、表2)進(jìn)行分析，與試驗后產(chǎn)品靜壓力變化情況(表3)對比，詳見圖1：

表1 機(jī)械老練前后靜壓力值(N)

表2 真空烘烤前后靜壓力值(N)

表3 試驗前后靜壓力值(N)

圖1 機(jī)械老練、真空烘烤、試驗后靜壓力值變化情況

從以上圖表可知，機(jī)械老練后靜壓力與初始靜壓力比值范圍(95%～105%)、真空烘烤后靜壓力與初始靜壓力比值范圍(90%～112%)、試驗后靜壓力與初始靜壓力比值范圍(35%～111%)。

得到以下結(jié)論：

①試驗后靜壓力減小，變化值遠(yuǎn)大于機(jī)械老練、真空烘烤后的靜壓力值變化；

②機(jī)械老練、真空烘烤的工藝方法不足以使試驗過程中靜壓力穩(wěn)定，簧片裝配應(yīng)力未釋放充分。

3 工藝優(yōu)化過程

對試驗后靜壓力小的產(chǎn)品拆殼分析，靜壓力變小的因素有靜壓力超出簧片材料許用應(yīng)力和簧片應(yīng)力釋放不充分兩方面[7]，針對以上兩項因素開展工藝優(yōu)化工作。

3.1 強(qiáng)度校核

為驗證簧片裝配應(yīng)力釋放不充分是否與靜壓力超出簧片材料許用應(yīng)力相關(guān)，采用仿真方法對簧片強(qiáng)度進(jìn)行校核。在簧片根部模擬施加靜壓力均值(圖2)，此時最大應(yīng)力為材料抗拉強(qiáng)度的1/6，符合≤1/3的設(shè)計原則[8]。

圖2 簧片應(yīng)力計算模型

3.2 去除簧片裝配應(yīng)力的工藝優(yōu)化

通過以上強(qiáng)度校核，排除了靜壓力超出簧片材料許用應(yīng)力導(dǎo)致靜壓力小的因素。以下針對簧片應(yīng)力釋放不充分進(jìn)行新的工藝方法驗證實驗。

3.2.1 裝配高低溫篩選工藝方法

因裝配中產(chǎn)品機(jī)械老練或真空烘烤的溫度范圍不能覆蓋試驗溫度范圍，導(dǎo)致產(chǎn)品在溫沖試驗后參數(shù)變化。為此采用產(chǎn)品套殼前整件經(jīng)受高低溫篩選試驗、提前釋放簧片應(yīng)力的新工藝方法來替代原機(jī)械老練、真空烘烤的工藝方法，使裝配中溫度范圍覆蓋試驗溫度范圍，詳見表4、表5、圖3、圖4。

圖3 預(yù)溫沖試驗后靜壓力值變化情況

產(chǎn)品序號初始靜壓力靜壓力值歸一化處理預(yù)溫沖后的靜壓力預(yù)溫沖后靜壓力與初始靜壓力比值10.09100.00%0.0666.67%20.1100.00%0.0660.00%30.12100.00%0.0650.00%40.12100.00%0.0650.00%50.105100.00%0.06561.90%60.1100.00%0.0660.00%70.1100.00%0.0770.00%80.095100.00%0.0663.16%90.09100.00%0.0666.67%100.085100.00%0.0782.35%

由表4及圖3可知，經(jīng)過預(yù)溫沖后靜壓力變化較大，變化范圍(50%～82.35%)。

圖4 高低溫試驗后靜壓力值變化情況

產(chǎn)品序號高低溫試驗前靜壓力靜壓力值歸一化處理高低溫試驗后靜壓力高低溫試驗后靜壓力與試驗前靜壓力比值10.06100.00%0.065108.33%20.06100.00%0.065108.33%30.06100.00%0.065108.33%40.06100.00%0.065108.33%50.065100.00%0.0692.31%60.06100.00%0.06100.00%70.07100.00%0.07100.00%80.06100.00%0.06100.00%90.06100.00%0.06100.00%100.07100.00%0.06592.86%

由表5及圖4可知，高低溫試驗前后靜壓力變化較小，變化范圍(92.31%～108.33%)，說明預(yù)溫沖措施有效，靜壓力應(yīng)力釋放充分。

綜上，預(yù)先溫沖試驗的方法對改善高低溫試驗后靜壓力值變化有明顯效果。但方案實施時是將產(chǎn)品從高溫烘箱真空環(huán)境直接放至室溫大氣中，空氣中雜質(zhì)過多、失去高純N2保護(hù)的產(chǎn)品，薄鍍層的簧片表面極易與空氣中各類元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，易氧化，形成絕緣膜，導(dǎo)致產(chǎn)品接觸電阻增大，在直流感性壽命中出現(xiàn)斷故障[9]，試驗結(jié)果見表6。

表6 試驗結(jié)果

經(jīng)驗證，裝配高低溫篩選的工藝方法用于產(chǎn)品裝配過程中不可行。

3.2.2 高溫按壓工藝方法

因常用機(jī)械老練、真空烘烤工藝方法均未使動簧片反力處于最極限狀態(tài)，決定采用高溫按壓的新工藝方法來替代原工藝。

1) 高溫按壓實驗

進(jìn)行高溫按壓實驗，即在真空烘烤條件下、使推動器將動簧片形變推至超行程，與通常真空烘烤下的區(qū)別如示意圖5所示。查閱文獻(xiàn)可知，在材料的彈性極限內(nèi)，影響應(yīng)力松弛的主要因素是溫度和時間，制定不同的烘烤溫度和時間進(jìn)行高溫按壓實驗，測試靜壓力的變化情況，詳見表7、圖6：

圖5 通常真空烘烤與高溫按壓下繼電器對比示意圖

烘烤時間(h)靜壓力平均值(N)靜壓力平均值歸一化處理85℃125℃140℃85℃125℃140℃00.1150.110.11100.00%100.00%100.00%20.1050.0850.07591.30%77.27%68.18%40.10.080.07286.96%72.73%65.45%60.0950.0720.0782.61%65.45%63.64%100.0950.070.0782.61%63.64%63.64%

圖6 不同烘烤溫度、時間下靜壓力下幅幅度曲線

由此表明：不同烘烤溫度下的靜壓力值均在烘烤6h后趨于穩(wěn)定，其中125℃分組與140℃分組變化趨勢接近，同時結(jié)合產(chǎn)品環(huán)境溫度范圍、此時靜壓力值符合吸反力匹配原則，確定烘烤參數(shù)(130±5)℃，6h[10]。

采用高溫按壓法的產(chǎn)品按照烘烤參數(shù)(130±5)℃，6h進(jìn)行真空烘烤后進(jìn)行試驗驗證，試驗前后靜壓力的變化情況詳見表8、圖7：

表8 試驗前后靜壓力值(N)

圖7 試驗后靜壓力值變化情況

實驗驗證，采用高溫按壓法去除簧片裝配應(yīng)力后的產(chǎn)品，在試驗過程中靜壓力值穩(wěn)定，試驗后靜壓力變化小。

2) 高溫按壓方法

高溫按壓方法有線圈加電法、磁間隙塞塞片法。

線圈加電法，因在真空環(huán)境下、線圈加電時真空散熱條件惡劣，線圈溫升會超出漆包線材料許用溫度，導(dǎo)致漆包線絕緣層受損。分別在大氣、真空環(huán)境下，高溫+125℃條件下進(jìn)行線圈加電實驗，詳見圖8：

從圖8可知，真空中高溫125℃線圈加電的線圈溫度遠(yuǎn)高于大氣環(huán)境中的溫度，最高溫度達(dá)到近200℃，已接近線圈漆包線材料的極限溫度220℃，所以此種方法不可行。

圖8 線圈加電溫度曲線

磁間隙塞塞片法(示意圖9)，簡單易操作，能夠定量推動器推壓動簧片形變、一致性好，工藝可靠性高。

圖9 磁間隙塞塞片法示意圖

4 效果

將優(yōu)化后的工藝方法應(yīng)用于批生產(chǎn)中，試驗過程中釋放電壓穩(wěn)定，提高了電磁繼電器關(guān)鍵電參數(shù)釋放電壓的可靠性。試驗前后靜壓力穩(wěn)定、一致性好，詳見圖10，明顯改善了優(yōu)化前靜壓力變化大的情況。

圖10 優(yōu)化前后靜壓力變化情況

5 結(jié)論

本文首次對去除電磁繼電器簧片裝配應(yīng)力的方法進(jìn)行研究，通過理論、仿真與實驗相結(jié)合的方法，確定適合、有效于去除電磁繼電器簧片裝配應(yīng)力的工藝方法，優(yōu)化后的方法能有效提高生產(chǎn)效率、滿足產(chǎn)品質(zhì)量。得到以下結(jié)論：

(1)覆蓋試驗溫度范圍的裝配高低溫篩選工藝方法不適合在產(chǎn)品裝配過程中應(yīng)用，對產(chǎn)品接觸電阻造成不良影響。

(2)高溫按壓法工藝，能夠簡單有效地去除簧片裝配應(yīng)力，靜壓力穩(wěn)定，提高了電磁繼電器關(guān)鍵電參數(shù)釋放電壓的可靠性，提高了生產(chǎn)效率。