ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАКОНЕЧНИК
ELECTRICAL TIP

Изобретение относится к электрооборудованию, используемому в автомобиле- и тракторостроении, в частности к электрическому наконечнику, служащему после опрессовки провода для передачи электрической энергии между элементами электрооборудования, например автомобиля или трактора (от стартерной аккумуляторной батареи к стартеру, генератору, корпусу и др.).
Известен обжимаемый электрический контакт [1], состоящий из присоединительной части и хвостового участка из двух пар лепестков. При опрессовке в крайней паре лепестков обжимается провод в изоляции, во второй паре лепестков - жила провода. В его конструкции имеется острый выступ, зацепляющийся за кромку корпуса ответного контакта, благодаря чему предотвращается их отсоединение.
Рассматриваемый электрический наконечник выполнен из одного слоя электропроводящего материала методом вырубки и штамповки. Недостаток обжимаемого электрического наконечника заключается в высокой стоимости материала. Материал контакта выполняет электропроводящую функцию и одновременно несет механическую нагрузку при обжимке, что повышает расход дорогостоящего цветного металла, в том числе и в отходы. Наличие отверстия и отгибаемого выступа в зоне электрического соединения с ответной деталью снижает технологичность и механическую прочность конструкции. Высока вероятность деформации участка контакта между хвостовой частью, удерживающей провод, и контактной частью при обжимке провода при эксплуатации, что снижает надежность изделия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа двухслойный электрический наконечник [2].
Электрический наконечник, выполненный методом вырубки и штамповки, служащий после опрессовки провода в обжимных лепестках для передачи электрического тока между элементами электрических устройств, осуществляемой через контактный участок наконечника и выводы элементов электрических устройств на резьбовом соединении, с целью экономии меди и повышения механической прочности он выполнен из двух скрепляемых между собой слоев: слоя меди M1 в виде плоской контактной части с одной или двух сторон с зоной опрессовки по жиле провода и стального упрочняющего слоя для основной опрессовки провода, в результате которой упрочняющий слой обжимает лепестками электропроводящий слой в зоне крепления жилы провода и в зоне крепления провода по изоляции, обеспечивая надежность и высокие эксплуатационные свойства.
Недостатком прототипа является высокая себестоимость наконечника, низкая адгезия клея с соединяемыми материалами. Высокая себестоимость вызвана применением вырубных слоев из дорогостоящей меди. Низкая адгезия вызвана применением клея для скрепления листов стали и меди, что в процессе эксплуатации может вызвать отслоение слоев стали и меди.
Задачей заявляемого изобретения является снижение себестоимости и снижение числа технологических операций изготовления двухслойного электрического наконечника и повышение адгезии на границе сталь-медь.
Задача решается следующим образом. Электрический наконечник выполняется методом вырубки и служит после опрессовки провода в обжимных лепестках для передачи электрического тока между элементами электрических устройств, осуществляемой через контактный участок наконечника и выводы элементов электрических устройств на резьбовом соединении, контактные поверхности изделия выполняются из напыленного на цельнометаллическую основу электропроводного материала электровзрывным способом нанесения покрытий толщиной не менее 15 мкм.
При этом формирование импульсной многофазной плазменной струи продуктов электрического взрыва медной фольги с использованием плазменного ускорителя и воздействие ею на контактную поверхность осуществляется в пороговом режиме, вызывающим нагрев облучаемой поверхности до температуры плавления и сопровождающимся осаждением на нее капельной фазы струи. Облучаемую поверхность располагают перпендикулярно оси плазменной струи. В результате получают беспористые покрытия, обладающие высокими электрической проводимостью и адгезией с материалом контактной поверхности.
При нанесении медного покрытия на контактные поверхности электровзрывным способом обработка проводится в вакууме, поэтому возникновение газовых пор исключено.
Исследование методом световой микроскопии медных покрытий, нанесенных электровзрывным способом на стальную основу электрических наконечников, показало, что покрытия однородны по структуре и не имеют пор. На границе покрытия с основой вследствие силового плазменного воздействия формируется волнообразный мелкоразмерный рельеф, который обеспечивает высокую адгезию.
Наконечники заявляемой конструкции могут изготавливаться под различное сечение обжимаемого провода и различный крепеж за счет изменения диаметра отверстия в плоской контактной части. Достаточная механическая прочность стальной основы и адгезия медного покрытия с ней позволяет изготавливать наконечник с расположением обжимной его части под различными углами, что обеспечивает высокие эксплуатационные качества и повышает надежность заявляемого наконечника.
Электрический наконечник для выполнения функции передачи электрической энергии между элементами электрооборудования автомобиля или трактора (от стартерной аккумуляторной батареи к стартеру, генератору, корпусу и др.) имеет следующие конструктивные элементы: токопроводящее покрытие от источника к обжимаемой жиле подсоединяемого провода и потребителям, а также стальную вырубную основу, служащую для основной опрессовки провода. В результате опрессовки первая пара лепестков обжимает провод в зоне крепления жилы провода, вторая пара лепестков обжимает провод по изоляции.
В качестве материала основы используется сталь с высоким пределом прочности при растяжении. На основу наносится медное покрытие электровзрывным способом.
На фиг.1 представлен электрический наконечник с односторонним нанесением электровзрывного медного покрытия, вид спереди, на фиг.2 - электрический наконечник с двухсторонним нанесением электровзрывного медного покрытия, вид спереди, на фиг.3 - развертка слоев двухслойного электрического наконечника, на фиг.4 - электрический наконечник, установленный на клемму (штамповка) под вывод аккумуляторной батареи. На фиг.5 представлена схема электровзрывного ускорителя.
Электрический наконечник выполнен цельнометаллическим. Основа 1 выполнена из листовой конструкционной стали, на нее нанесено электровзрывное медное покрытие 2. Вместе они служат для опрессовки провода. Наконечник включает плоскую часть 3 с крепежным отверстием 4, которая плавно переходит в зону двух лепестков 5 с находящейся в них жилой провода, и зону лепестков 6, обжимающих провод по изоляции.
Электропроводящее медное покрытие заявляемого электрического наконечника с опрессованным проводом соединяется с поверхностью клеммы 7 вывода аккумуляторной батареи 8, его электропроводящее медное покрытие 2 прилегает к поверхности клеммы. В зависимости от места расположения аккумуляторной батареи 8 в автомобиле или тракторе обжимная часть электрического наконечника повышенной прочности может выполняться под требуемым углом с обеспечением высокой надежности.
Заявляемый электрический наконечник для выполнения функции передачи электрической энергии между элементами электрооборудования автомобиля или трактора (от стартерной аккумуляторной батареи к стартеру, генератору, корпусу и др.) устанавливается плоским участком 3 с электропроводящим медным покрытием 2, в частности, на клемму 7 вывода аккумуляторной батареи 8 и через крепежные отверстия 4 закрепляется болтом 9 с шайбой в резьбовом отверстии клеммы 7. Заявляемый электрический наконечник с проводом (или несколько их) может быть подключен к клемме 7 предварительно или после установки ее на вывод аккумуляторной батареи 8. Наконечник, опрессованный на провода различного сечения, может быть подключен к клемме предварительно или после установки ее на вывод аккумуляторной батареи. Заявляемый электрический наконечник также может быть использован и в других изделиях для передачи электрической энергии.
Нанесение медного покрытия на стальную основу наконечника осуществляли на электровзрывной установке ЭВУ 60/10, в которой используется электровзрывной ускоритель [3]. Электровзрывной ускоритель состоит из коаксиально-торцевых электродов - внутреннего цилиндрического электрода 10, внешнего кольцевого электрода 11, разделенных изолятором 12, и разрядной камеры 13, локализующей продукты взрыва и переходящей в сопло. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник 14 тока большой плотности при разряде конденсаторной батареи. Продукты взрыва истекают в вакуумируемую технологическую камеру 15 с остаточным давлением 100 Па. Держатели образцов 16 обеспечивают фиксированное на определенном расстоянии от сопла положение облучаемого наконечника 17.
Нанесение электропроводного медного покрытия на стальную основу наконечника осуществляется электровзрывным способом нанесения покрытий, заключающимся в формировании импульсной многофазной плазменной струи продуктов электрического взрыва медной фольги и воздействии струей на контактную поверхность. Нанесение покрытий осуществляется в вакууме в пороговом режиме обработки, обеспечивающем нагрев облучаемой поверхности наконечника до температуры плавления стали и формирование на ней мелкоразмерного волнообразного рельефа, увеличивающего адгезию покрытия с основой.
При нанесении медного покрытия формирование импульсной многофазной плазменной струи осуществлялось при электрическом взрыве круглой медной фольги диаметром 50 мм и толщиной 15 мкм. Воздействие струи на стальную основу осуществлялось в низком вакууме в пороговом режиме обработки, обеспечивающем нагрев поверхности до температуры плавления материала стальной основы и формирование на ней мелкоразмерного волнообразного рельефа. Пороговое значение удельного потока энергии определялось согласно [4] по соотношению:
где Т - температура плавления металла; χ и λ - средние значения температуро- и теплопроводности металла в интервале температур от комнатной до температуры плавления, соответственно; τ - время импульса.
2
Для стали пороговое значение поглощаемой плотности мощности составляет q≈2,2 ГВт/м.
Поверхность наконечника ориентировалась перпендикулярно к оси плазменной струи. При этом расстояние облучаемой поверхности от среза сопла электровзрывного ускорителя и значение напряжения обеспечивалось необходимым для достижения порогового значения удельного потока энергии от плазменной струи к поверхности наконечника, нагрева облучаемой поверхности до температуры плавления и повышения адгезии покрытия с основой путем формирования мелкоразмерного рельефа на границе сталь-медь.
2
2
За один импульс обработки на поверхности стальной основы площадью 10 см формируется однородный по структуре и толщине слой меди толщиной 15 мкм. При повторной обработке толщина покрытия увеличивалась пропорционально числу импульсов. Так, при трех импульсах она достигала 45 мкм. При этом граница между последовательно наносимыми слоями отсутствовала. Используемый ускоритель позволяет наносить покрытия до 40 см за один импульс обработки.
Таким образом, заявляемый электрический наконечник более эффективен по сравнению с известными наконечниками, имеет экономичную конструкцию, обладает высокой электропроводностью и адгезией, обеспечивает максимальное удобство в эксплуатации и надежность в работе. Применение предлагаемых наконечников обеспечивает не только экономию меди, качество контактных соединений, но и высокую электрическую проводимость за счет отсутствия пор в покрытии.
Источники информации
1. Библиографические данные источника информации: публикация 1978 г., 18 января, №4634, ABRIDGMENT OF SPECIFICATION, ЦНИИПИ, заявка Великобритании №1498515.
2. Пат. RU №2374727, кл. H01R 11/11, Российская Федерация. Двухслойный электрический наконечник / Иванов В.Ф.
3. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я.Багаутдинов, Е.А.Будовских, Ю.Ф.Иванов, В.Е.Громов. - Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2007. С.14.
4. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справ. / Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев, А.Н.Кокора. - М.: Машиностроение, 1985. С.213.