在電磁開關(guān)的裝配中，目前國內(nèi)各生產(chǎn)廠家在裝配動觸頭時，拉桿上均采用擋圈(圈)固定。為了防止擋圈在運動中斷裂，采用了鉚接。但鉚接后，容易出現(xiàn)拉桿變形或松動，影響動觸頭和靜觸頭的配合間隙，使配合面變小，改變了電流的分布，接觸處易產(chǎn)生拉弧，燒傷動觸頭和靜觸頭，致使電磁開關(guān)工作不可靠。
　　電磁開關(guān)是啟動機的一個關(guān)鍵部件，如果它的可靠性差，啟動機在使用時，多半會因它的問題而不工作，這將導(dǎo)致汽車不能正常運行。因此，我廠開展了對電磁開關(guān)焊鉚工藝的研究。

2　焊鉚工藝的設(shè)計

　　焊鉚是通過點焊機通電加熱鉚接處使其產(chǎn)生塑性變形，在焊機加熱加壓的作用下將鉚接處鐓粗，產(chǎn)生擴散而連接成一體的方法。
　　在設(shè)計焊鉚工藝時，首先應(yīng)考慮焊鉚工藝能滿足產(chǎn)品設(shè)計圖紙規(guī)定，達到設(shè)計給出的各種技術(shù)條件和功能的要求。
　　因此，工藝設(shè)計時，應(yīng)先考慮焊鉚前的裝配工藝的正確性，在此基礎(chǔ)上，再設(shè)計焊鉚的程序。
2.1　裝配工藝
　　裝配工藝的程序看來是簡單的，但是，如果考慮不周全，多裝或小裝零件，前后順序顛倒，也會影響電磁開關(guān)的絕緣性能，機械性能和電器性能。
　　因此，必須將上工序合格的各零部件按圖1所示，在動鐵心部件8上先按裝返回彈簧7和緩沖彈簧6,再裝絕緣墊圈3、蓋板5,然后依次安裝動觸頭片4、絕緣墊圈2和墊圈1。
2.2　焊鉚參數(shù)設(shè)計
　　由于焊鉚是靠金屬加熱后的塑性變形和擴散，而電磁開關(guān)拉桿是選用的低碳鋼，其熱塑變形(鍛)體積上的加熱溫度一般選用1000℃。這樣，可以對圖1所示焊鉚處的加熱狀態(tài)進行研究。

圖1　拉桿組件

2.2.1　焊鉚處的加熱量
　　某產(chǎn)品如圖1所示，它的焊鉚處的直徑為Φ3.5mm,高度為3.8mm,墊片厚度為1mm,這個體積上的加熱溫度為1000℃，焊鉚處所需的加熱量則為

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Q=VCrT　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

式中　V─被加熱的體積，為0.38d2/4cm3；
　　　r─低碳鋼的密度，為7.8g/cm3；
　　　C─比熱容為0.11cal/(g.k)=460.548J/(kg.K)；
　　　T─加熱溫度。
代入(1)式則

2.2.2　焊鉚處加熱的總熱量
　　點焊時，焊接處的有效熱量，根據(jù)現(xiàn)有的資料粗略估算約占10%～30%,如果將其熱量損失設(shè)計為最小值，那么焊鉚處加熱需要的總熱量則為
　　
　　由于焊鉚處接近凸焊，可以將有效熱量估算得更大一些，約占60%，此時，加熱的總熱量則為
　　
2.3　焊鉚處的電阻
　　焊鉚處的電阻R值可根據(jù)下式求出：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中q低碳鋼的電阻系數(shù)ρ為13×10-6Ω.cm隨焊接溫度變化量為1.1則

2.4　焊接處的電流
　　根據(jù)Q₁和Q₂,設(shè)焊鉚時間為0.3s,可利用焦耳定律求出焊鉚時需用的電流強度。
　　Q=0.24I2Rt　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)
　　
　　焊鉚時，要達到良好的塑性變形，根據(jù)實踐和計算，可確定如下的參數(shù)范圍：
　　焊接電流：3600～5000A；焊接時間：0.1～0.3s；焊接壓力：3～4MPa。
　　這樣，不但可以適應(yīng)不同焊工的技術(shù)能力，也適應(yīng)了焊機的變動。根據(jù)參數(shù)間的相互影響可以正確的選擇焊鉚參數(shù)。

3　焊鉚電流通道的選擇

　　焊鉚參數(shù)范圍確定后，焊鉚電流的通道的選擇直接影響著焊鉚產(chǎn)品的質(zhì)量。現(xiàn)討論采用拉桿作焊鉚電流的通道。
3.1　拉桿上的電阻
　　如果拉桿的長度為3cm,直徑d為0.5cm,并將低碳鋼的有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(2)則拉桿上的電阻為
　　
3.2　拉桿上的溫度
　　焊鉚通電時，由于拉桿為焊鉚電流的通道，因此拉桿處在焊接回路上。如果焊鉚用最小的電流I₂，將其與拉桿上的電阻和焊接時間0.3s代入公式(3)則拉桿上的熱量
　　Q'=0.24×35702×0.0002494×0.3≈224.35cal≈939.309J
　　此時，拉桿上的溫度T可把數(shù)據(jù)代入公式(1)進行計算則
　　
　　這一溫度已經(jīng)超過了拉桿的發(fā)蘭溫度線，焊鉚產(chǎn)品出現(xiàn)此種現(xiàn)象是不允許的。焊鉚實踐也證實，采用拉桿作電流通道在拉桿上出現(xiàn)了發(fā)蘭和鐓粗的現(xiàn)象。如果焊鉚電極與工件對中性差時，在焊接壓力的作用下拉桿則會彎曲，將影響動觸頭和靜觸頭的配合間隙，使配合面變小，當(dāng)電磁開關(guān)的工作電流通過此處時，會使觸頭結(jié)合面嚴重?zé)龘p，甚至不通電。因此，不能用拉桿作電流的單一通道，而應(yīng)采用分流和分散壓力的工藝裝備。

4　焊鉚工裝

　　為了完成這一部件的焊、鉚，設(shè)計如圖2所示的能夠分流和分散壓力的焊鉚工裝。它主要由導(dǎo)流板1和導(dǎo)流座3構(gòu)成。

圖2　焊鉚工件與工裝

4.1　導(dǎo)流板的設(shè)計
　　導(dǎo)流板是指電流通過焊鉚區(qū)后，向構(gòu)成焊接回路的拉桿方向流動的電流，經(jīng)與拉桿接觸的板將電流的大部分從導(dǎo)流座上流走，只讓少量的電流從拉桿上流過，這塊板即為導(dǎo)流板。
4.1.1　板寬與板長
　　板材可選用鎘銅、鉻鋯銅。導(dǎo)流板的形狀見圖2。
　　導(dǎo)流板的邊寬I₂等于動觸頭的邊寬或大于動觸邊寬2～4mm。
　　導(dǎo)流板的邊長l=2_l+(l₀+a)+2δ’
式中l(wèi)₁—導(dǎo)流板與電磁開關(guān)蓋板單邊接觸的長度和蓋板與壁間配合間隙的和』
　　l₀—動觸頭的長度;
　　a—裝配間隙;
　　δ＇—導(dǎo)流座裝配槽的深度(壁厚)。
4.1.2　導(dǎo)流板裝配槽
　　導(dǎo)流板上設(shè)置槽是為了在焊鉚裝配時，導(dǎo)流板能躲開動觸頭、絕緣墊圈，保證導(dǎo)流板與電磁開關(guān)蓋板接觸良好，使導(dǎo)流板不單有分流作用，而且還有分散壓力的作用。因此，槽深
　　h＝δ₁＋δ₂＋b
式中　δ₁—動觸頭的厚度；
　　　δ₂—絕緣墊圈的厚度；
　　　b—間隙。
　　槽的長度為l₀+b_ζ;槽的寬度為l₂。
4.1.3　導(dǎo)流板的厚度
　　設(shè)導(dǎo)流板中心孔等于焊鉚處的最大直徑d_+0.01+0.03mm，深度為5mm，此時導(dǎo)流板的厚度
　　　　　　　δ＝5hmm
4.1.4　鉆孔
　　按圖2所示位置在導(dǎo)流板上鉆孔?？椎拇笮閐＝6_+0.1+0.2mm。
　　加工時板的兩平面必須平行，將板平分時應(yīng)用1mm厚的銑刀通過孔的中心銑成兩等分板。兩板用M6的螺栓、螺帽連接來保證焊鉚處良好的導(dǎo)電性。
　　兩板的平面度應(yīng)在0.02mm左右，表面粗糙度Ra1.6,這是利于裝配時調(diào)整，保證焊鉚組裝的質(zhì)量。
4.2　導(dǎo)流座
　　導(dǎo)流座是焊鉚工裝的定位部分，它與導(dǎo)流板、電磁開關(guān)拉桿組件2組成焊鉚的下電極。它們是焊鉚電流的通道，又是焊鉚時壓力的分壓通道。如果設(shè)計不合理，不但影響分流，分散壓力的效果，而且可能破壞電磁開關(guān)的塑料拉鉤或是損傷鋼拉鉤。
　　導(dǎo)流座的制造材料可選用鎘銅棒或紫銅棒。
4.2.1　導(dǎo)流座高度及其內(nèi)孔高度的設(shè)計
　　設(shè)導(dǎo)流座的高度為h₀,固定槽上端到導(dǎo)流座上端面的高度為5mm,拉桿焊鉚臺面到鐵芯底平面的高度為h₁,導(dǎo)流板的最大厚度為δ,電磁開關(guān)蓋板的度為h₂,動鐵芯底面到拉鉤底端的距離為h₃,為了保證拉鉤不與焊機下臂桿接觸而損傷拉鉤使其懸空，此距離設(shè)計為h₄,為了保證動鐵芯底面與中孔底面良好接觸，設(shè)計拉桿焊鉚臺面到導(dǎo)流板上平面的距離為h₅,則導(dǎo)流座的高度
　　h₀=5+(h₁-h₅)+(h₃+h₄)mm;
　　導(dǎo)流座大孔的深度為(5+δ+h₂+c)mm;
　　c為裝配間隙，其值選用0.2mm;
　　中孔的深度為(h₁-h₅-δ-h₂-c)mm;
　　小孔的深度為(h₃+h₄)mm。
4.2.2　導(dǎo)流座的直徑與其孔的直徑設(shè)計
　　導(dǎo)流座的直徑可按導(dǎo)流板的長度設(shè)計。
　　導(dǎo)流座的大孔可按電磁開關(guān)蓋板直徑，加上裝配間隙c設(shè)計。
　　導(dǎo)流座的中孔可按動鐵芯的直徑加工配合間隙c設(shè)計。
　　導(dǎo)流座的小孔可按拉鉤固定座的最大直徑加上裝配間隙以保證固定座、拉鉤焊鉚時不受電流和熱傳導(dǎo)的影響。
4.2.3　導(dǎo)流座裝配槽的設(shè)計
　　導(dǎo)流座裝配槽的寬度為導(dǎo)流板的寬度加2mm;槽的高度為導(dǎo)流板的厚度δ+c(間隙);其深度為導(dǎo)流座大孔的壁厚。
　　兩個通槽上端面設(shè)計在離導(dǎo)流座上端面(平行于中孔底面)5mm的大孔兩壁上，兩槽寬的中心線應(yīng)與導(dǎo)流座的中心線重合。
4.2.4　工件與夾具的裝配
　　當(dāng)工裝按設(shè)計制造合格后，按圖2所示把工件2裝入導(dǎo)流座3內(nèi)孔中，然后將導(dǎo)流板1插入導(dǎo)流座大孔兩壁的裝配槽內(nèi)，并使其壓住電磁開關(guān)蓋板，又使拉桿焊鉚處下部的軸活動在導(dǎo)流板的中心孔內(nèi)。
　　由于電磁開關(guān)的緩沖彈簧和返回彈簧受到裝配導(dǎo)流板的壓力，兩彈簧的作用力使電磁開關(guān)蓋板和導(dǎo)流板、裝配槽的上端面緊密結(jié)合，其阻值為0。然后固緊導(dǎo)流板上的兩個螺釘，使導(dǎo)流板和拉桿間的接觸電阻為零。

5　焊鉚

5.1　焊機
　　焊機應(yīng)采用隨動性好的點焊機，它的功能應(yīng)該滿足本文2.4給出的參數(shù)要求。
5.2　焊鉚電極
　　可選用紫銅、鎘銅、鉻鋯銅棒，直徑為10mm,工作端面選用平面。
5.3　焊鉚時的對中心調(diào)整
　　焊鉚時的對中心調(diào)整是指焊接處工作中心位置的調(diào)整，也就是焊機機頭的中心，電極的中心，拉桿的中心，夾具的中心，必須處于同一中心線上，并垂直于機臂工作面，以免工件焊鉚后變形。

6　夾具對焊件的影響

6.1　拉桿上的電流
　　采用夾具焊鉚時，導(dǎo)流板緊固在拉桿上，其接觸面為52л2mm,銅的電阻系數(shù)ρ為1.75×10-6Ω.cm，熱影響區(qū)的寬度取1cm，則接觸處的電阻
　　
　　當(dāng)焊鉚電流流出焊接區(qū)后，電流從導(dǎo)流板和拉桿上通過，此時的電阻為并聯(lián)電阻
　　
　　若焊接電流取最大值5000A，則熱影區(qū)的壓降
　　
　　此時拉桿上流過的電流
　　
6.2　采用分流后拉桿上的溫度
　　把I'代入公式(3)可求得拉桿上的熱量
　　
　　此時把Q₃代入公式(1)可求得拉桿上的溫度
　　
　　從這一溫度看，T₂遠遠低于T₁。因此，采用夾具后，就是采用最大的焊鉚電流和最長的焊鉚時間，拉桿上流過的電流也只有I＇。如果把I＇增加50倍也不會達到低碳鋼的蘭脆溫度，彈簧與拉桿短路也不可能使彈簧退火或淬火，而且導(dǎo)流板不但可以分流，還能分散焊鉚時在拉桿上的壓力，保證焊鉚不變形。滿足了電磁開關(guān)設(shè)計的功能要求。

7　結(jié)論

　　采用拉桿作焊鉚電流的通道是不能保證焊鉚質(zhì)量的。因此，用實驗來確定焊鉚參數(shù)難免有偶然性。只有對焊接回路進行全面分析，又結(jié)合實驗結(jié)果進行綜合考查，才能確定正確的工藝設(shè)計方案。
　　實踐和理論證明，電磁開關(guān)拉桿組件的焊鉚只有采用分流和分散壓力的夾具，才能保證焊鉚產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。

作者單位：貴陽電機廠

參考文獻
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