三复合铆钉型触点

三复合铆钉及其制造设备的研制

０ 引 言

三复合铆钉型触点自动机用于生产 继 电 器、 温控器、微动开关等电器中的双面触点。该触点 可代替用于双面接触整体铆钉型触点，在不影响 使用性能的情况下，用铜代替贵金属（银合金）作 为中间 的 材 料，可 降 低 ３０ ％ ～７０ ％ 的 材 料 成 本， 大幅 减 少 贵 金 属 的 使 用 量，达 到 节 约 有 限 资 源———白银的目的。

国内自 ２０ 世纪 ８０  年 代 以 来，两 复 合 铆 钉 型

触点在低压电器行业中得到了非常广泛的应用； 而用于双面接触的三复合铆钉型触点产品的生产 设备，国内厂家大多是以高昂的价格引进国外生 产的温焊加工机来加工的。由于与之配套的模具 要求精度高，操作较为复杂，操作人员很难培养； 而且生产的触点产品规格范围较小，不能满足国 内电器厂商需求，所以导致三复合铆钉触点产品

难以推广。随着国际银价不断上涨，电器生产商

希望降低触点成本，对三复合触点的需求越来越 大。因此，在参考了国外各类机型，总结了十几年 制打两复 合 铆 钉 型 触 头 自 动 机 生 产 经 验 的 基 础 上，自行开发设计了性能优良的三复合铆钉型触 点自动机，性能达到了同类焊机的国际先进水平， 也得到相关电器厂商的认可。

１  三复合铆钉型触点的复层焊接原 理难点分析

  三复合铆钉型触点是通过冷压焊原理，将银 合金、铜基材和银合金三层材料复合焊接在一起。 具体结构如图 １  所示。

  冷压焊属压力焊的一种，是在没有加热的情 况下，借助压力使金属产生塑性变形，把焊接端面 的氧化膜和其他杂质挤出来，使纯净的金属压接 到 一定原子间距（４ ×１ ０ －８   ～６ ×１ ０ －８ ｃｍ），形成晶

格面，从而产生原子之间的结合。这种结合方式 从“原子论”角 度 看，其 主 要 观 点 是：金 属 原 子 间 的结合是靠金属键结合在一起，把带负电的电子 的移动描绘成 “云雾状”［１ ］。“云雾状”的 自 由 离 子包围在原子核周围做有规律的移动，从而产生 原子间的吸引力，实践证明自由电子与原子核的 距离在一定的范围内就存在相互的吸引力，因此， 如果两个金属表面碰撞在一起，并且距离不超过 几个埃（?）的间隙，这将消除潜在的阻力，就会产 生“电子云雾”，从而实现焊接［１ ］。

冷压焊焊接端面没有热影响区和软 化 区，因 此焊接端面的机械强度、电器性能和耐腐蚀性都 很好，优越性是其他焊接方法无法比拟的。适用 于电触头的材料主要是 Ｃｕ、Ａｇ 合金等有色金属， 也适用于冷压焊加工。根据上述分析，放弃传统 加工复杂的温焊原理，采用高效简洁的冷压焊原 理设计机型。

三复合铆钉型触点以 Ｔ２ 铜线为基材，触点头 部和脚部端 面 分 别 复 合 Ａｇ 合 金，其 中 头 部 银 层 按双复合触点成型原理进行冷压焊复合焊接。该 焊接方式是将两个刚被剪切下来的两种材料的线 材料段，保持剪切端面的新鲜清洁（无氧化，无有 机物污染），首先进行预镦对中焊接，再由复合触 点头部形状要求的型腔模，采用冷镦压力，使两材 料向周边扩散，产生塑性变形，并且充满型腔，形 成符合要求的触点。根据 ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 《三 复 合铆钉电 触 头 技 术 条 件》标 准，产 品 规 格 推 荐 表 复合面的扩张比最小为 １ ∶１ ．６６ ；但通过多年的生 产试验证明，只要两材料复合端面的塑性变形扩 张比大于 １ ∶１ ．４，也能满足复合面的结合强度。 三复合铆钉型触点头部的结构一般都在扩张 比范围内；脚部为圆柱形，无法达到变形扩张比大 于 １ ∶１ ．４ 的要求，由此看来，脚部结构似乎不可能

达到采用冷压焊进行焊接的基本要求。提出了采 用“切环工艺”制打脚部银层：先对脚部两种材料 复合部位进行局部放大扩张比，满足焊接部位的 结合强度后，再去除多余的材料。脚部复合层冷 压焊原理图如图 ２ 所示。

２  机型工作原理和设计特点

根据上述产品焊接原理和成型原理 的 分 析， 设计了数种机型。其基本传动原理如图 ３  所 示。 该机的动力由主动电机通过变速器再通过皮带减 速而获得，皮带轮带动曲轴推动成型冷镦主滑块 做直线往复运动；同时，曲轴的回转又带动一对伞 齿轮将动力传给凸轮主轴，由凸轮主轴上的几个 子凸轮（剪切共轭凸轮、送线凸轮和辅助凸轮等） 来控制该机的各个动作。

  刀杆 上 的 切 刀 孔 首 先 位 于 铜 线 剪 切 座 的 位

置，由送线机构将适当长度的铜线送入刀孔，在剪 切凸轮的推动下，刀杆上的切刀将铜料切下，并带 着切下铜料移至银线剪切座位置，再由送线机构 将适当长度的银料送入刀孔，剪切凸轮继续推动 刀杆切下银料，同切下的银料再送至切环孔；在顶 针的压力下，对切下的料段通过冷压焊原理进行 复合焊接，形成直杆留在切环孔内；刀杆退回，刀 杆另一端的刀孔带过来另一个银段，与切环孔对 中，这时切环孔内的顶针将焊接好的料段推入刀 孔，刀孔将带着三段材料继续向前与底模对中，对 准后在冷镦主滑块的压力作用下，将到口内的料段 推入底模，并同时形成预镦初成型。如图 ４ 所示。

  随后，底模上升至与终镦模对中位置，终镦模 向底模方向进行合模镦锻，在冷镦合模力的作用 下，产 品 材 料 被 挤 压 产 生 塑 性 变 形，充 满 模 具 型 腔，形成外形符合要求的三复合铆钉型触点，成型 后终镦模退后自然脱模离开，再由顶杆将镦锻好 的产品推出底模，落入料斗，收集在接料盒中，从 而完成三复合铆钉触点成型的全过程。

３  设计制造时的关键技术

为满足高精度和高速工作，该机采用 了 几 组 共轭凸轮机构，随着主凸轮推动从动件滚子，副凸 轮的滚子也必须与副凸轮保持良好的接触，以免 出现因接触间 “超前”或 “滞后”现象 而 带 来 接 触 应力的剧增及噪声等问题。通过大量的数据运算 和方案比较，并通过 ＣＡＤ 和 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 及 ＵＧ 等 三维仿真软件的模拟试验验证，确定了较理想的 共轭凸轮工作曲线。该凸轮设计是否成功，直接

关系到该机的速度和制打质量。如果共轭曲线设

计和 加 工 误 差  ＞０ ．０３  ｍｍ，就 会 导 致 凸 轮 失 效。 该凸轮采用欧洲高精度专用机床制成［２］。

４ 运 行 试 验、试 制 产 品 质 量 分 析 及 生产范围

４．１  产品质量分析

分别对样机进行空载运行和负载运 行 试 验， 生产效率为 ２ ０００ ～６  ０００ 件 ／ｈ；对所生产的各种 三复合铆钉触头进行了测试，各项标准全部达到 ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 《三复合铆钉电触头技术条件》要 求。三复合触点产品结合强度检测实样如图 ５  所 示。采用压扁法检测复层结合强度，触点头部银 层压至头部 直 径 的 １ ／２ ，触 点 脚 部 银 层 分 开 压 至 脚部 直 径 的 １ ／２ 。在 放 大 ５０  倍 的 显 微 镜 下 检 测 复层结合处的裂纹状态。ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 中要求 裂口长度比占压扁后结合面的长度 １ ／５  以内，而

该机生产的触点产品均小于 １ ／１ ０ 。

  该机通过调整可以生产脚部银层厚度 ０ ．２ ～

２ ．０  ｍｍ 的产品，并且使银层均匀分布。

断能力。使用者选择断路器时，必须考虑这些因

素，对断路器作适当的降容处理。

通常，断路 器 总 是 安 装 在 成 套 电 器 设 备 （开 关柜）内使 用 的，通 过 温 升 试 验 可 以 知 道 开 关 柜 各个部位的环境温度，再按断路器制造厂提供的 电流 －温度修正表或曲线，来确定相应的降容系 数。降容系数随不同产品而异。

对于只允许上进线的断路器，如果一 定 要 下 进线，就相应降低其分断能力。一般短路分断电

流≤ ２０  ｋＡ  时，降  １ ５ ％  ～２０ ％；＞２０  ｋＡ  时，降

２５ ％ ～３０ ％。具体的降容数值，应按制造厂规定。 海拔高度对电气绝缘强度的影响，有 经 验 公 式可以估算。但海拔高度对额定电流和额定分断 能力降低的影响，没有现成的估算公式，只有向制

造部门咨询确定。

５  结 语

（１ ）发电厂低压厂 用 电 系 统 的 供 电 可 靠 性， 对机组和整个电厂的安全运行至关重要，而正确、 合理选用低压断路器是低压厂用电系统安全运行

的重要保证。发电厂低压断路器使用面广、数量

多，且涉及到各个工艺系统的安全运行。运行实 践证明，正确合理选用低压断路器既能提高供电 可靠性，又能避免因选用不当而带来的事故和大 量的维护工作。

（２ ）正确合理选用低压断路器的关键是要掌 握低压断路器的类型和适用场合，额定技术参数 的定义，过载、短路保护特性，实际使用场合对额 定技术参数的影响及修正方法，以及供电负荷的 特点等。盲目选用低压断路器必定会带来严重的 事故隐患。本文对正确合理选用低压断路器有所 帮助。

４．２ 产品生产范围

广，可以制造头部直径范围 ２ ～８  ｍｍ、足部直径 范围 １  ～６  ｍｍ 的各 种 尺 寸 结 构，材 料 类 别 包 括 银 ／铜 ／银、银 镍 ／铜 ／银 镍、银 氧 化 锡 ／铜 ／银 氧 化 锡、银氧化铜 ／铜 ／银氧化铜、银氧化镉 ／铜 ／银氧化 镉三复合铆钉。该机已经在公司全面推广，可以 达到 ２ 亿颗 ／年的生产能力，成为国内重要的三复 合铆钉的生产基地。制打产品的综合性能符合相 关行业标准的技术要求，得到国内外用户的好评。