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汽車零部件溫度沖擊測試:兩箱式試驗(yàn)箱的核心價(jià)值與實(shí)踐
在汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的當(dāng)下,汽車的可靠性與安全性成為消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車在實(shí)際使用過程中,需面臨溫度急劇變化的惡劣環(huán)境,從寒冷的極地到炎熱的沙漠,溫度的跨度可達(dá)數(shù)十甚至上100℃。兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱作為模擬這類極限溫度變化環(huán)境的專業(yè)設(shè)備,能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅度的溫度切換,精準(zhǔn)模擬汽車在不同地域、不同工況下遭遇的溫度沖擊,在汽車研發(fā)、生產(chǎn)以及質(zhì)量管控等環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。
箱體結(jié)構(gòu):試驗(yàn)箱箱體采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的材料制作。外殼一般選用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板,經(jīng)過多重防銹處理和表面涂裝,具備良好的機(jī)械強(qiáng)度與防銹性能,能夠有效抵御外界環(huán)境的侵蝕。內(nèi)膽通常采用不銹鋼材質(zhì),其優(yōu)良的抗腐蝕性能可防止試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的冷凝水對(duì)內(nèi)膽造成損壞,同時(shí)便于清潔維護(hù),確保試驗(yàn)環(huán)境不受污染。高溫箱與低溫箱相互獨(dú)立又通過特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)移裝置相連接,轉(zhuǎn)移裝置具備快速、平穩(wěn)的特點(diǎn),能夠在短時(shí)間內(nèi)將配件從一個(gè)箱體轉(zhuǎn)移至另一個(gè)箱體,減少溫度過渡時(shí)間,保證溫度沖擊效果。
溫濕度控制系統(tǒng):該系統(tǒng)是試驗(yàn)箱的核心部分,由高精度的溫度傳感器、濕度傳感器(部分試驗(yàn)箱具備濕度控制功能)、控制器以及執(zhí)行器等組成。傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測箱內(nèi)的溫度和濕度數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)反饋給控制器??刂破鞲鶕?jù)預(yù)設(shè)的溫濕度參數(shù),對(duì)傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,然后發(fā)出指令控制執(zhí)行器動(dòng)作,如調(diào)節(jié)加熱功率、制冷量、加濕量或除濕量等,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的精確調(diào)節(jié)。先進(jìn)的控制器具備智能化功能,支持多種控制模式,如定值控制、程序控制等,可滿足不同復(fù)雜程度的汽車測試需求。
制冷系統(tǒng):制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置以及制冷劑管路等部件構(gòu)成。壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的動(dòng)力源,將低溫低壓的制冷劑氣體壓縮成高溫高壓氣體,為制冷循環(huán)提供必要的壓力差。冷凝器通過風(fēng)冷或水冷方式,將高溫高壓制冷劑氣體的熱量散發(fā)出去,使其冷卻液化。蒸發(fā)器則與低溫箱內(nèi)的空氣進(jìn)行熱交換,吸收空氣中的熱量,使制冷劑液體蒸發(fā)成氣體,從而降低箱內(nèi)溫度。節(jié)流裝置用于調(diào)節(jié)制冷劑的流量和壓力,保證制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,確保低溫箱能夠快速達(dá)到并維持設(shè)定的低溫環(huán)境。
加熱系統(tǒng):加熱系統(tǒng)一般由電加熱絲、加熱控制器等組成。電加熱絲安裝在高溫箱的風(fēng)道內(nèi),當(dāng)需要升高溫度時(shí),加熱控制器根據(jù)控制器的指令,控制電加熱絲通電發(fā)熱,通過風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)機(jī)將熱量均勻吹送至高溫箱各個(gè)角落,實(shí)現(xiàn)快速、均勻升溫。加熱系統(tǒng)具備過熱保護(hù)功能,防止因加熱失控導(dǎo)致設(shè)備損壞或發(fā)生安全事故,確保高溫箱在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。
高溫沖擊:高溫沖擊會(huì)對(duì)汽車配件的材料性能產(chǎn)生顯著影響。對(duì)于塑料材質(zhì)的配件,高溫可能使其分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇,導(dǎo)致軟化、變形甚至熔化,進(jìn)而影響配件的尺寸精度和與其他部件的配合精度,引發(fā)功能故障。例如汽車內(nèi)飾的塑料件、電子設(shè)備的塑料外殼等。橡膠制品在高溫沖擊下,分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,加速老化過程,失去彈性,導(dǎo)致密封性能下降。像發(fā)動(dòng)機(jī)的油封、散熱器的橡膠管等密封件,一旦密封性能降低,可能造成液體或氣體泄漏,影響汽車的正常運(yùn)行。電子元件在高溫環(huán)境中,電子遷移現(xiàn)象加劇,導(dǎo)致元件性能不穩(wěn)定,甚至損壞,影響汽車電子系統(tǒng)的可靠性,如車載電腦、傳感器等電子配件。
低溫沖擊:低溫沖擊會(huì)使金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,導(dǎo)致其韌性降低、脆性增加,在受到外力作用時(shí)容易發(fā)生斷裂。例如汽車的懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)中的金屬部件,在低溫環(huán)境下其強(qiáng)度和韌性下降,增加了車輛行駛過程中的安全隱患。塑料配件在低溫沖擊下,分子鏈段的活動(dòng)能力受限,材料變硬、變脆,容易出現(xiàn)裂紋,降低其使用壽命,如車門把手、塑料保險(xiǎn)杠等。對(duì)于一些含有液體的配件,如汽車的冷卻液、潤滑油等,低溫會(huì)使其粘度增大,流動(dòng)性變差,影響設(shè)備的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn),嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常啟動(dòng)。
溫度循環(huán)沖擊:頻繁的溫度循環(huán)沖擊會(huì)使汽車配件產(chǎn)生熱疲勞現(xiàn)象。不同材料的配件由于熱膨脹系數(shù)不同,在溫度變化過程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮,從而在配件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。長期經(jīng)受溫度循環(huán)沖擊,這種應(yīng)力反復(fù)作用,會(huì)導(dǎo)致配件出現(xiàn)疲勞裂紋,隨著裂紋的擴(kuò)展,最終可能導(dǎo)致配件失效。例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體,在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止過程中,會(huì)經(jīng)歷多次溫度變化,缸體材料在溫度循環(huán)沖擊下容易出現(xiàn)疲勞損壞。
確保產(chǎn)品可靠性:通過兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱模擬汽車在實(shí)際使用中可能面臨的極限溫度沖擊環(huán)境,對(duì)汽車配件進(jìn)行可靠性測試,可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題,如材料選擇不當(dāng)、設(shè)計(jì)不合理等。在產(chǎn)品研發(fā)階段,充分的冷熱沖擊試驗(yàn)?zāi)軌驇椭こ處焹?yōu)化設(shè)計(jì)方案,選擇更合適的材料和工藝,提高產(chǎn)品的可靠性,減少汽車在實(shí)際使用過程中的故障發(fā)生率,保障駕乘人員的安全。
提升產(chǎn)品耐久性:汽車需要具備良好的耐久性,以應(yīng)對(duì)長期復(fù)雜多變的使用環(huán)境。冷熱沖擊試驗(yàn)?zāi)軌蚣铀倨嚺浼睦匣^程,在較短時(shí)間內(nèi)評(píng)估其在實(shí)際使用多年后可能出現(xiàn)的性能變化。通過這種方式,企業(yè)可以篩選出更優(yōu)質(zhì)的材料和工藝,延長汽車配件的使用壽命,降低產(chǎn)品的售后維修成本,提升企業(yè)的市場競爭力。
變速器油液:變速器油液在不同的溫度條件下,其性能會(huì)發(fā)生變化,影響變速器的換擋順暢性和使用壽命。將變速器油液樣品置于兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱內(nèi),模擬變速器在不同工況下的溫度變化。例如,在高溫高速行駛工況下,溫度可設(shè)置為 100℃;在低溫啟動(dòng)工況下,溫度為 - 30℃。在不同溫度沖擊條件下,對(duì)變速器油液的粘度、抗氧化性能、抗磨損性能等進(jìn)行測試。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)化變速器油液的配方,確保其在各種溫度環(huán)境下都能為變速器提供良好的潤滑和保護(hù),提高變速器的性能和可靠性。
試驗(yàn)結(jié)束操作:當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間或循環(huán)次數(shù)后,試驗(yàn)箱自動(dòng)停止運(yùn)行。待設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度降至安全范圍后,打開試驗(yàn)箱門,取出樣品。對(duì)樣品進(jìn)行全面的檢查和測試,與試驗(yàn)前的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比,評(píng)估樣品在冷熱沖擊環(huán)境下的性能變化情況。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫試驗(yàn)報(bào)告,包括試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)條件、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容。關(guān)閉設(shè)備電源,清理試驗(yàn)箱內(nèi)部,為下一次試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。同時(shí),對(duì)試驗(yàn)過程中使用的測試設(shè)備進(jìn)行清理和維護(hù),確保其處于良好的工作狀態(tài)。
安全防護(hù):兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱在運(yùn)行過程中,高溫箱和低溫箱內(nèi)的溫度極限,且可能存在高壓、強(qiáng)電等危險(xiǎn)因素。操作人員在操作設(shè)備時(shí),應(yīng)佩戴防護(hù)手套、護(hù)目鏡等個(gè)人防護(hù)裝備,防止?fàn)C傷、凍傷、觸電等事故發(fā)生。在設(shè)備運(yùn)行過程中,嚴(yán)禁打開試驗(yàn)箱門,以免高溫或低溫氣體噴出對(duì)人員造成傷害。如需要查看樣品,應(yīng)通過觀察窗進(jìn)行。同時(shí),試驗(yàn)箱應(yīng)安裝在通風(fēng)良好、遠(yuǎn)離易燃、易爆物品的場所,確保試驗(yàn)環(huán)境的安全。
環(huán)境要求:試驗(yàn)箱應(yīng)放置在干燥、通風(fēng)良好、溫度穩(wěn)定的場所,環(huán)境溫度一般應(yīng)控制在 5℃ - 35℃,相對(duì)濕度在 30% - 85%。避免將試驗(yàn)箱放置在陽光直射、靠近熱源或水源的地方,防止環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行和試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。試驗(yàn)箱周圍應(yīng)預(yù)留足夠的空間,便于設(shè)備散熱和維護(hù)保養(yǎng)。同時(shí),確保試驗(yàn)場所的電源穩(wěn)定,電壓波動(dòng)范圍在設(shè)備允許的范圍內(nèi),以免影響設(shè)備的正常工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠密封件:發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生高溫,且在啟動(dòng)和停止過程中會(huì)經(jīng)歷溫度的急劇變化。發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠密封件的作用是防止機(jī)油、冷卻液等液體泄漏,其性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。在兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱中,對(duì)橡膠密封件進(jìn)行溫度沖擊老化試驗(yàn)。高溫沖擊溫度設(shè)置為 120℃,低溫沖擊溫度設(shè)置為 - 20℃,沖擊周期為 1 小時(shí),試驗(yàn)時(shí)間根據(jù)實(shí)際需求確定,通常為數(shù)百小時(shí)甚至上千小時(shí)。試驗(yàn)結(jié)束后,檢查密封件的硬度、拉伸強(qiáng)度、壓縮永遠(yuǎn)變形等性能指標(biāo)變化,評(píng)估其密封性能是否下降。通過這樣的試驗(yàn),選擇合適的橡膠材料和改進(jìn)密封件的制造工藝,提高發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠密封件的可靠性,減少發(fā)動(dòng)機(jī)故障的發(fā)生。
儀表盤塑料件:儀表盤塑料件需要具備良好的外觀穩(wěn)定性和尺寸精度。將儀表盤塑料件放入兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱,進(jìn)行高溫和低溫沖擊試驗(yàn)。高溫沖擊試驗(yàn)可設(shè)置溫度為 80℃,低溫沖擊試驗(yàn)設(shè)置溫度為 - 20℃,沖擊次數(shù)為 30 次。觀察塑料件在溫度沖擊后的外觀變化,如是否出現(xiàn)變色、脆化、開裂等現(xiàn)象,同時(shí)測量其尺寸變化情況。通過試驗(yàn),優(yōu)化塑料材料的配方和成型工藝,確保儀表盤塑料件在汽車長期使用過程中始終保持良好的外觀和尺寸穩(wěn)定性,不影響駕駛員對(duì)車輛信息的讀取。
座椅材料:汽車座椅直接關(guān)系到駕乘人員的舒適性和安全性。對(duì)座椅的皮革或織物材料進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn),模擬汽車在不同季節(jié)、不同地域的使用環(huán)境。在高溫沖擊條件下,如溫度為 70℃,檢查材料是否出現(xiàn)褪色、變形、老化等現(xiàn)象;在低溫沖擊條件下,如溫度為 - 30℃,測試材料的柔韌性和強(qiáng)度變化。通過這些試驗(yàn),篩選出更適合汽車座椅使用的材料,提高座椅的質(zhì)量和使用壽命,同時(shí)保證在各種溫度環(huán)境下都能為駕乘人員提供舒適的體驗(yàn)。
傳感器:汽車配備了多種傳感器,如溫度傳感器、壓力傳感器、氧傳感器等,用于監(jiān)測車輛的各種運(yùn)行參數(shù)。以溫度傳感器為例,將其置于兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱內(nèi),進(jìn)行溫度循環(huán)沖擊測試。溫度范圍從 - 50℃至 150℃,溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間控制在 10 秒以內(nèi)。在每個(gè)溫度沖擊循環(huán)中,對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和精度測試,檢查其輸出信號(hào)是否準(zhǔn)確、穩(wěn)定。通過這樣的試驗(yàn),可以評(píng)估溫度傳感器在不同溫度沖擊條件下的性能變化,確保其在汽車復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中能夠可靠地工作,為車輛控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
車載電腦:車載電腦作為汽車的核心控制單元,其可靠性至關(guān)重要。在兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱中,對(duì)車載電腦進(jìn)行溫度沖擊測試。設(shè)定高溫箱溫度為 85℃,低溫箱溫度為 - 40℃,每次沖擊時(shí)間為 30 分鐘,循環(huán)次數(shù)為 50 次。在試驗(yàn)過程中,實(shí)時(shí)監(jiān)測車載電腦的工作狀態(tài),包括數(shù)據(jù)處理能力、通信功能、控制指令輸出等是否正常。通過此類試驗(yàn),能夠發(fā)現(xiàn)車載電腦在溫度沖擊下可能出現(xiàn)的死機(jī)、數(shù)據(jù)丟失、通信中斷等問題,以便對(duì)其散熱設(shè)計(jì)、電子元件的防護(hù)措施以及電路板的布局等進(jìn)行改進(jìn),提高車載電腦在復(fù)雜溫度環(huán)境下的可靠性。
滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)要求:汽車行業(yè)有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),對(duì)汽車的環(huán)境適應(yīng)性提出了明確要求。例如,國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 16750 系列針對(duì)道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定,其中包括了溫度沖擊試驗(yàn)要求。國內(nèi)也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如 GB/T 28046 系列等。企業(yè)通過使用兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱對(duì)汽車進(jìn)行測試,確保產(chǎn)品符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),是產(chǎn)品進(jìn)入市場的必要條件。
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