專(zhuān)利名稱(chēng)：高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種液體介質(zhì)或各類(lèi)燃油傳送、加壓、驅(qū)動(dòng)、控制、噴射、排放的動(dòng)力裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、工作設(shè)備等電磁閥動(dòng)態(tài)性能的改進(jìn)與提升，以及相應(yīng)的銜鐵制造方法。
背景技術(shù)：
高速電磁閥是很多控制系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行元件，比如用于汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS。電控柴油噴射系統(tǒng)、無(wú)凸輪電控液壓驅(qū)動(dòng)氣門(mén)系統(tǒng)上都需要大流量、快速響應(yīng)的開(kāi)關(guān)電磁閥。其中，高速?gòu)?qiáng)力電磁閥是決定柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件，無(wú)論是時(shí)間控制共軌系統(tǒng)，還是壓力、時(shí)間控制的高壓共軌系統(tǒng)，對(duì)噴油量和噴油規(guī)律的最佳控制都是通過(guò)對(duì)高速電磁閥的精確控制實(shí)現(xiàn)的。快速電磁閥的開(kāi)、閉時(shí)間、電磁吸力等參數(shù)要求嚴(yán)格，高速電磁閥通過(guò)接收電子控制單元ECU的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)快速的啟閉；額定流量和動(dòng)作時(shí)間是衡量電磁閥的重要指標(biāo)，也直接影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性；電磁閥的額定流量越大、響應(yīng)時(shí)間越快，系統(tǒng)的 控制精度和穩(wěn)定性就越好。高速電磁閥的工作過(guò)程是典型的電磁、機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)液力場(chǎng)、溫度場(chǎng)多物理域耦合相互作用的典型工程案例，工作過(guò)程是通過(guò)電磁閥，將激勵(lì)電流轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)，然后將磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，拉動(dòng)銜鐵閥桿組件快速運(yùn)動(dòng)，控制燃油噴射的開(kāi)始和停止。現(xiàn)有電磁閥閥桿運(yùn)動(dòng)組件中銜鐵的典型結(jié)構(gòu)采用單一軟磁金屬材料加工制成。電磁閥在工作過(guò)程中，工作條件復(fù)雜、惡劣，銜鐵承受電磁力、液力阻尼力、彈簧力之后吸合端面的結(jié)構(gòu)變形。由于銜鐵吸合端面的平面度嚴(yán)重喪失，導(dǎo)致電磁力明顯下降，引起電磁閥動(dòng)態(tài)性能顯著惡化。由于銜鐵承受很大的動(dòng)態(tài)交變作用力，鐵基軟磁材料本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、剛性差，受力后易變形，導(dǎo)致電磁閥在動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中性能變差，且隨時(shí)間逐漸惡化。因此，一個(gè)高剛度高強(qiáng)度的銜鐵結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵，很大程度上決定了高速電磁閥的動(dòng)態(tài)性能表現(xiàn)。然而現(xiàn)有技術(shù)中的電磁閥在動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中，鐵基軟磁材料的銜鐵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度都不理想，銜鐵的吸合端面在承受電磁鐵的電磁力、液力場(chǎng)阻尼力、閥桿彈簧作用力后，圖5所示的吸合端面的平面度會(huì)大大降低，通過(guò)圖4電磁閥銜鐵閥桿彈簧運(yùn)動(dòng)組件的受力分析。閥桿組件承受電磁鐵的電磁吸力Fe，液力場(chǎng)液力阻尼力Fy，閥桿彈簧的預(yù)緊力Fs,閥桿彈簧由于銜鐵運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的推力(KX Ax),閥桿偶件之間的動(dòng)摩擦力Fw。由于銜鐵吸合端面平面度的嚴(yán)重喪失，會(huì)導(dǎo)致電磁力明顯下降，引起電磁閥的動(dòng)態(tài)性能急劇惡化，電磁閥的工作可靠性與耐久性都大為降低。因此，一個(gè)高剛度高強(qiáng)度的銜鐵結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵，很大程度上決定了高速電磁閥的動(dòng)態(tài)性能表現(xiàn)。提高銜鐵的結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度，能夠顯著改善電磁閥的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)提高高速電磁閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有電磁閥銜鐵剛度低，強(qiáng)度差這一問(wèn)題，本發(fā)明提供一種制造高剛度、高強(qiáng)度電磁鐵銜鐵的工藝方法，使其制成的銜鐵，在高負(fù)載動(dòng)態(tài)高工作過(guò)程中，吸合端面始終平整,從而確保電磁閥動(dòng)態(tài)工作過(guò)程的穩(wěn)定性與一致性，以提高電磁閥的工作可靠性與耐久性。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提出的一種高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，具有如下技術(shù)特征
(1)首先采用鐵基軟磁合金材料加工電磁閥銜鐵閥桿組件銜鐵本體；
(2)然后通過(guò)SHS自蔓延工藝或噴涂、燒結(jié)、釬焊工藝方法在銜鐵本體非吸合工作面上生成附著一層陶瓷材料；
(3)在陶瓷底層與銜鐵本體之間設(shè)置一軟質(zhì)金屬過(guò)渡連接層，使銜鐵本體在厚度方向上形成一個(gè)三明治式疊層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，即吸合端面為鐵基軟磁合金、中間為過(guò)渡連接層、最外層為高硬度高剛性的陶瓷材料層。本發(fā)明與現(xiàn)有電磁閥相比，有如下有益效果
本發(fā)明在銜鐵本體背面生成具有高剛性陶瓷材料層，與其銜鐵本體之間的一個(gè)很薄的純鐵過(guò)渡層，形成一個(gè)高剛性陶瓷材料層、純鐵過(guò)渡層、鐵基軟磁合金三者層疊式結(jié)構(gòu)，顯著提高了銜鐵的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和電磁閥的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能，大大提高了高速電磁閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能、可靠性、耐久性。電磁閥中銜鐵閥桿運(yùn)動(dòng)組件中的銜鐵通過(guò)SHS自蔓延工藝在其背面上附著一層高硬度高剛性陶瓷，陶瓷材料層厚度可以根據(jù)具體用途與需要增加。銜鐵背面在形成了一個(gè)高硬度高剛性陶瓷材料層之后，銜鐵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛性大大提高，消除了鐵基軟磁材料本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、剛性差，受力后易變形，導(dǎo)致電磁閥在動(dòng)態(tài)工作過(guò)過(guò)程中性能差，且隨時(shí)間下降這些問(wèn)題與缺陷。 本發(fā)明提出的銜鐵在擁有高的電磁力同時(shí)，又解決了銜鐵因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度不佳，產(chǎn)生受力變形，導(dǎo)致銜鐵閥桿運(yùn)動(dòng)組件的快速響應(yīng)性能明顯下降，不穩(wěn)定性增加等問(wèn)題。通過(guò)在銜鐵吸合端面的背面生成一個(gè)厚的高剛性高硬度陶瓷材料層，確保了銜鐵在動(dòng)態(tài)高負(fù)載工作過(guò)程中吸合端面始終平整，電磁力穩(wěn)定一致，從而保證電磁閥工作過(guò)種中動(dòng)態(tài)性能的穩(wěn)定可靠一致。電磁閥在動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中，銜鐵具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，能夠確保銜鐵在承受電磁鐵的電磁力、液力場(chǎng)阻尼力、閥桿彈簧作用力后吸合端面的平面度始終一致，電磁閥的動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定一致極佳。本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷、適于大批量生產(chǎn)制造。雖然銜鐵本體吸合端面的鐵基軟磁合金剛度與強(qiáng)度都很低，但依靠背面高剛度高強(qiáng)度陶瓷材料層結(jié)合構(gòu)成的疊層式復(fù)合結(jié)構(gòu)，仍然具有極佳的結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度，電磁閥在長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中吸合端面都能夠保持原有的平面度，因此保證了電磁閥長(zhǎng)期使用過(guò)程中動(dòng)態(tài)性能的穩(wěn)定性、可靠性、耐久性。


此處所說(shuō)明的附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中
圖1是燃油噴射系統(tǒng)電磁閥構(gòu)造示意圖。圖2.是圖1中銜鐵的剖視圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是電磁閥銜鐵閥桿組件的受力分析圖。
圖5是電磁閥銜鐵承受電磁力之后的變形示意圖。圖中I銜鐵本體，2連接過(guò)渡層，3陶瓷材料層，6內(nèi)鐵芯，7電磁線(xiàn)圈，8閥桿彈簧，9閥桿。
具體實(shí)施例方式圖1展示了目前用于液力控制與傳送電磁閥典型結(jié)構(gòu)構(gòu)成。電磁鐵定座由鐵芯6、線(xiàn)圈及骨架7構(gòu)成；銜鐵閥桿運(yùn)動(dòng)組件(電樞組件)由銜鐵1、閥桿彈簧8、閥桿9等數(shù)個(gè)零件裝配構(gòu)成。電磁鐵定座內(nèi)電磁線(xiàn)圈在加電后產(chǎn)生電磁吸力Fe，拉動(dòng)電磁鐵銜鐵閥桿運(yùn)動(dòng)組件(電樞組件)向電磁鐵定座運(yùn)動(dòng),此時(shí)閥桿彈簧8被壓縮。當(dāng)電磁線(xiàn)圈失電后，由于電磁鐵銜鐵的電磁力消失，閥桿彈簧8將電樞組件向反方向推，將電樞組件與電磁鐵座電磁線(xiàn)圈兩者分離。此過(guò)過(guò)程中銜鐵I承受的電磁吸力常常高達(dá)數(shù)百牛頓，且在工作液質(zhì)中以高頻次進(jìn)行往復(fù)開(kāi)合動(dòng)作。銜鐵I使用機(jī)械加工方式制造，之后通過(guò)自蔓延SHS、噴涂、燒結(jié)等工藝在銜鐵本體背面制造一個(gè)厚度很薄，成份為鐵基與陶瓷混合物構(gòu)成的過(guò)渡層，最后再在此過(guò)渡層的外側(cè)制成一個(gè)厚度相對(duì)較厚的高硬度高剛性陶瓷，陶瓷材料層厚度根據(jù)需要與用途與設(shè)定決定。最終形成的銜鐵結(jié)構(gòu)在軸向剖面上呈現(xiàn)疊層三明治式復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明提出的電磁閥銜鐵，可以采用純鐵、鐵硅、鐵磷、鐵鋁、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鈷、鐵鎳等合金等各類(lèi)軟磁金屬材料制作。鐵基軟磁合金材料是純鐵、鐵硅、鐵磷、鐵鋁、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鈷、鐵鎳等合金中至少一種。材質(zhì)本身可以是通過(guò)冶煉、粉末冶金等各種制造方式生產(chǎn)，具體方式方法不限。銜鐵本體I外形結(jié)構(gòu)可以是平盤(pán)狀、錐形、梯形等任意外觀形狀，不受限制。吸合端面為鐵基軟磁合金制成的銜鐵本體1、中間為過(guò)渡連接層2、最外層為高硬度高剛性陶瓷材料層3。首先采用鐵基軟磁合金材料加工電磁閥銜鐵閥桿組件中的銜鐵本體I，銜鐵本體I為鐵基軟磁材料。然后通過(guò)SHS自蔓延工藝或噴涂、燒結(jié)、釬焊工藝方法在銜鐵本體I非吸合工作面上生成附著一層陶瓷材料層3。銜鐵本體I背面為非吸合工作面。陶瓷材料層材料可以是AL203、ZrO2, Si02、Ti02、SiC、SiN、TiC、TiN、AlN中單一族組份的陶瓷材料或它們的復(fù)合物，厚度可以根據(jù)用途和產(chǎn)品的要求增減。在銜鐵背面通過(guò)SHS自蔓延工藝生成一定厚度性陶瓷材料層3時(shí)，先在陶瓷材料層3與銜鐵本體I之間連接一層過(guò)渡軟質(zhì)金屬連接層2。軟質(zhì)金屬連接層2可以采用一層薄純鐵過(guò)渡層連接。位于銜鐵本體I與陶瓷材料層3兩層之間的過(guò)渡連接層，可以通過(guò)自蔓延SHS、熱噴涂、燒結(jié)、釬焊等工藝方式制成，使銜鐵本體在厚度方向上形成一個(gè)疊層式疊層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)各層的厚度Tl、T2是等厚度或變厚度的。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式

以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處， 綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，具有如下技術(shù)特征 (1)首先采用鐵基軟磁合金材料加工電磁閥銜鐵閥桿組件銜鐵本體； (2)然后通過(guò)SHS自蔓延工藝或噴涂、燒結(jié)、釬焊工藝方法在銜鐵本體非吸合工作面上生成附著一層陶瓷材料； (3)在陶瓷底層與銜鐵本體之間設(shè)置一軟質(zhì)金屬過(guò)渡連接層，使銜鐵本體在厚度方向上形成一個(gè)三明治式疊層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，即吸合端面為鐵基軟磁合金、中間為過(guò)渡連接層、最外層為陶瓷材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，其特征在于，所述的鐵基軟磁合金材料是純鐵、鐵硅、鐵磷、鐵鋁、鐵硅鋁、鐵鎳、鐵鈷、鐵鎳等合金中至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，其特征在于，電磁閥銜鐵的疊層式復(fù)合結(jié)構(gòu)包括銜鐵本體I背端最外層陶瓷材料層，陶瓷材料層材料是AL203、Zr02、Si02、Ti02、SiC、SiN、TiC、TiN, AlN中任一單一的陶瓷材料或它們的復(fù)合物。
4.如權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，其特征在于，復(fù)合結(jié)構(gòu)各層厚度Tl、T2為等厚度或變厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的一種高動(dòng)態(tài)電磁閥銜鐵的制造工藝方法，旨在提供一種具有優(yōu)良結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，能夠確保銜鐵在動(dòng)態(tài)高負(fù)載工作過(guò)程中吸合端面始終平整，電磁力穩(wěn)定一致，并能提高工作可靠性與耐久性的銜鐵制造方法。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)首先采用鐵基軟磁合金材料加工電磁閥銜鐵閥桿組件中的銜鐵本體；然后通過(guò)SHS自蔓延工藝或噴涂、燒結(jié)、釬焊工藝方法在銜鐵本體非吸合工作面上生成附著一層陶瓷材料；先在陶瓷底層與銜鐵本體之間連接一層過(guò)渡連接層，使銜鐵本體在厚度方向上形成一個(gè)疊層式疊層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，吸合端面為鐵基軟磁合金、中間為過(guò)渡連接層、最外層為高硬度高剛性陶瓷材料層。利用本發(fā)明可以顯著提高電磁閥的工作可靠性與耐久性。
文檔編號(hào)B32B15/04GK103065755SQ2012105182
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者張流俊 申請(qǐng)人:成都威特電噴有限責(zé)任公司