[发明专利]高动态电磁阀衔铁的制造工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及各种液体介质或各类燃油传送、加压、驱动、控制、喷射、排放的动力装置、动力系统、工作设备等电磁阀动态性能的改进与提升，以及相应的衔铁制造方法。

背景技术

高速电磁阀是很多控制系统的关键执行元件，比如用于汽车制动防抱死系统ABS。电控柴油喷射系统、无凸轮电控液压驱动气门系统上都需要大流量、快速响应的开关电磁阀。其中，高速强力电磁阀是决定柴油机电控燃油喷射系统性能的关键部件，无论是时间控制共轨系统,还是压力、时间控制的高压共轨系统,对喷油量和喷油规律的最佳控制都是通过对高速电磁阀的精确控制实现的。快速电磁阀的开、闭时间、电磁吸力等参数要求严格，高速电磁阀通过接收电子控制单元ECU的控制信号实现快速的启闭；额定流量和动作时间是衡量电磁阀的重要指标，也直接影响了系统的稳定性和可控性；电磁阀的额定流量越大、响应时间越快，系统的控制精度和稳定性就越好。高速电磁阀的工作过程是典型的电磁、机械结构、动态液力场、温度场多物理域耦合相互作用的典型工程案例，工作过程是通过电磁阀，将激励电流转化成磁场，然后将磁能转化成机械能，拉动衔铁阀杆组件快速运动，控制燃油喷射的开始和停止。现有电磁阀阀杆运动组件中衔铁的典型结构采用单一软磁金属材料加工制成。电磁阀在工作过程中，工作条件复杂、恶劣，衔铁承受电磁力、液力阻尼力、弹簧力之后吸合端面的结构变形。由于衔铁吸合端面的平面度严重丧失，导致电磁力明显下降，引起电磁阀动态性能显著恶化。由于衔铁承受很大的动态交变作用力，铁基软磁材料本身结构强度低、刚性差，受力后易变形，导致电磁阀在动态工作过程中性能变差，且随时间逐渐恶化。 

因此，一个高刚度高强度的衔铁结构非常关键，很大程度上决定了高速电磁阀的动态性能表现。然而现有技术中的电磁阀在动态工作过程中，铁基软磁材料的衔铁结构强度、刚度都不理想，衔铁的吸合端面在承受电磁铁的电磁力、液力场阻尼力、阀杆弹簧作用力后，图5所示的吸合端面的平面度会大大降低，通过图4电磁阀衔铁阀杆弹簧运动组件的受力分析。阀杆组件承受电磁铁的电磁吸力Fe，液力场液力阻尼力Fy,阀杆弹簧的预紧力Fs，阀杆弹簧由于衔铁运动而产生的推力（K×Δx），阀杆偶件之间的动摩擦力Fw。由于衔铁吸合端面平面度的严重丧失，会导致电磁力明显下降，引起电磁阀的动态性能急剧恶化，电磁阀的工作可靠性与耐久性都大为降低。因此，一个高刚度高强度的衔铁结构非常关键，很大程度上决定了高速电磁阀的动态性能表现。提高衔铁的结构刚度与强度，能够显著改善电磁阀的动态性能，对提高高速电磁阀的动态响应性能具有重要意义。

发明内容

为了解决现有电磁阀衔铁刚度低，强度差这一问题，本发明提供一种制造高刚度、高强度电磁铁衔铁的工艺方法，使其制成的衔铁，在高负载动态高工作过程中，吸合端面始终平整，从而确保电磁阀动态工作过程的稳定性与一致性，以提高电磁阀的工作可靠性与耐久性。 

本发明是这样实现的：本发明提出的一种高动态电磁阀衔铁的制造工艺方法，具有如下技术特征：

（1）首先采用铁基软磁合金材料加工电磁阀衔铁阀杆组件衔铁本体；

（2）然后通过SHS自蔓延工艺或喷涂、烧结、钎焊工艺方法在衔铁本体非吸合工作面上生成附着一层陶瓷材料； 

（3）在陶瓷底层与衔铁本体之间设置一软质金属过渡连接层，使衔铁本体在厚度方向上形成一个三明治式叠层状复合结构，即吸合端面为铁基软磁合金、中间为过渡连接层、最外层为高硬度高刚性的陶瓷材料层。

本发明与现有电磁阀相比，有如下有益效果：

本发明在衔铁本体背面生成具有高刚性陶瓷材料层，与其衔铁本体之间的一个很薄的纯铁过渡层，形成一个高刚性陶瓷材料层、纯铁过渡层、铁基软磁合金三者层叠式结构，显著提高了衔铁的结构刚度、强度和电磁阀的动态稳定性能，大大提高了高速电磁阀的动态响应性能、可靠性、耐久性。

电磁阀中衔铁阀杆运动组件中的衔铁通过SHS自蔓延工艺在其背面上附着一层高硬度高刚性陶瓷，陶瓷材料层厚度可以根据具体用途与需要增加。衔铁背面在形成了一个高硬度高刚性陶瓷材料层之后，衔铁的结构强度与刚性大大提高，消除了铁基软磁材料本身结构强度低、刚性差，受力后易变形，导致电磁阀在动态工作过过程中性能差，且随时间下降这些问题与缺陷。