三復合鉚釘及其制造設備的研制

０ 引 言

三復合鉚釘型觸點自動機用于生產 繼 電 器、 溫控器、微動開關等電器中的雙面觸點。該觸點 可代替用于雙面接觸整體鉚釘型觸點，在不影響 使用性能的情況下，用銅代替貴金屬（銀合金）作 為中間 的 材 料，可 降 低 ３０ ％ ～７０ ％ 的 材 料 成 本， 大幅 減 少 貴 金 屬 的 使 用 量，達 到 節 約 有 限 資 源———白銀的目的。

國內自 ２０ 世紀 ８０  年 代 以 來，兩 復 合 鉚 釘 型

觸點在低壓電器行業中得到了非常廣泛的應用； 而用于雙面接觸的三復合鉚釘型觸點產品的生產 設備，國內廠家大多是以高昂的價格引進國外生 產的溫焊加工機來加工的。由于與之配套的模具 要求精度高，操作較為復雜，操作人員很難培養； 而且生產的觸點產品規格范圍較小，不能滿足國 內電器廠商需求，所以導致三復合鉚釘觸點產品

難以推廣。隨著國際銀價不斷上漲，電器生產商

希望降低觸點成本，對三復合觸點的需求越來越 大。因此，在參考了國外各類機型，總結了十幾年 制打兩復 合 鉚 釘 型 觸 頭 自 動 機 生 產 經 驗 的 基 礎 上，自行開發設計了性能優良的三復合鉚釘型觸 點自動機，性能達到了同類焊機的國際先進水平， 也得到相關電器廠商的認可。

１  三復合鉚釘型觸點的復層焊接原 理難點分析

  三復合鉚釘型觸點是通過冷壓焊原理，將銀 合金、銅基材和銀合金三層材料復合焊接在一起。 具體結構如圖 １  所示。

  冷壓焊屬壓力焊的一種，是在沒有加熱的情 況下，借助壓力使金屬產生塑性變形，把焊接端面 的氧化膜和其他雜質擠出來，使純凈的金屬壓接 到 一定原子間距（４ ×１ ０ －８   ～６ ×１ ０ －８ ｃｍ），形成晶

格面，從而產生原子之間的結合。這種結合方式 從“原子論”角 度 看，其 主 要 觀 點 是：金 屬 原 子 間 的結合是靠金屬鍵結合在一起，把帶負電的電子 的移動描繪成 “云霧狀”［１ ］?！霸旗F狀”的 自 由 離 子包圍在原子核周圍做有規律的移動，從而產生 原子間的吸引力，實踐證明自由電子與原子核的 距離在一定的范圍內就存在相互的吸引力，因此， 如果兩個金屬表面碰撞在一起，并且距離不超過 幾個埃（?）的間隙，這將消除潛在的阻力，就會產 生“電子云霧”，從而實現焊接［１ ］。

冷壓焊焊接端面沒有熱影響區和軟 化 區，因 此焊接端面的機械強度、電器性能和耐腐蝕性都 很好，優越性是其他焊接方法無法比擬的。適用 于電觸頭的材料主要是 Ｃｕ、Ａｇ 合金等有色金屬， 也適用于冷壓焊加工。根據上述分析，放棄傳統 加工復雜的溫焊原理，采用高效簡潔的冷壓焊原 理設計機型。

三復合鉚釘型觸點以 Ｔ２ 銅線為基材，觸點頭 部和腳部端 面 分 別 復 合 Ａｇ 合 金，其 中 頭 部 銀 層 按雙復合觸點成型原理進行冷壓焊復合焊接。該 焊接方式是將兩個剛被剪切下來的兩種材料的線 材料段，保持剪切端面的新鮮清潔（無氧化，無有 機物污染），首先進行預鐓對中焊接，再由復合觸 點頭部形狀要求的型腔模，采用冷鐓壓力，使兩材 料向周邊擴散，產生塑性變形，并且充滿型腔，形 成符合要求的觸點。根據 ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 《三 復 合鉚釘電 觸 頭 技 術 條 件》標 準，產 品 規 格 推 薦 表 復合面的擴張比最小為 １ ∶１ ．６６ ；但通過多年的生 產試驗證明，只要兩材料復合端面的塑性變形擴 張比大于 １ ∶１ ．４，也能滿足復合面的結合強度。 三復合鉚釘型觸點頭部的結構一般都在擴張 比范圍內；腳部為圓柱形，無法達到變形擴張比大 于 １ ∶１ ．４ 的要求，由此看來，腳部結構似乎不可能

達到采用冷壓焊進行焊接的基本要求。提出了采 用“切環工藝”制打腳部銀層：先對腳部兩種材料 復合部位進行局部放大擴張比，滿足焊接部位的 結合強度后，再去除多余的材料。腳部復合層冷 壓焊原理圖如圖 ２ 所示。

２  機型工作原理和設計特點

根據上述產品焊接原理和成型原理 的 分 析， 設計了數種機型。其基本傳動原理如圖 ３  所 示。 該機的動力由主動電機通過變速器再通過皮帶減 速而獲得，皮帶輪帶動曲軸推動成型冷鐓主滑塊 做直線往復運動；同時，曲軸的回轉又帶動一對傘 齒輪將動力傳給凸輪主軸，由凸輪主軸上的幾個 子凸輪（剪切共軛凸輪、送線凸輪和輔助凸輪等） 來控制該機的各個動作。

  刀桿 上 的 切 刀 孔 首 先 位 于 銅 線 剪 切 座 的 位

置，由送線機構將適當長度的銅線送入刀孔，在剪 切凸輪的推動下，刀桿上的切刀將銅料切下，并帶 著切下銅料移至銀線剪切座位置，再由送線機構 將適當長度的銀料送入刀孔，剪切凸輪繼續推動 刀桿切下銀料，同切下的銀料再送至切環孔；在頂 針的壓力下，對切下的料段通過冷壓焊原理進行 復合焊接，形成直桿留在切環孔內；刀桿退回，刀 桿另一端的刀孔帶過來另一個銀段，與切環孔對 中，這時切環孔內的頂針將焊接好的料段推入刀 孔，刀孔將帶著三段材料繼續向前與底模對中，對 準后在冷鐓主滑塊的壓力作用下，將到口內的料段 推入底模，并同時形成預鐓初成型。如圖 ４ 所示。

  隨后，底模上升至與終鐓模對中位置，終鐓模 向底模方向進行合模鐓鍛，在冷鐓合模力的作用 下，產 品 材 料 被 擠 壓 產 生 塑 性 變 形，充 滿 模 具 型 腔，形成外形符合要求的三復合鉚釘型觸點，成型 后終鐓模退后自然脫模離開，再由頂桿將鐓鍛好 的產品推出底模，落入料斗，收集在接料盒中，從 而完成三復合鉚釘觸點成型的全過程。

３  設計制造時的關鍵技術

為滿足高精度和高速工作，該機采用 了 幾 組 共軛凸輪機構，隨著主凸輪推動從動件滾子，副凸 輪的滾子也必須與副凸輪保持良好的接觸，以免 出現因接觸間 “超前”或 “滯后”現象 而 帶 來 接 觸 應力的劇增及噪聲等問題。通過大量的數據運算 和方案比較，并通過 ＣＡＤ 和 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 及 ＵＧ 等 三維仿真軟件的模擬試驗驗證，確定了較理想的 共軛凸輪工作曲線。該凸輪設計是否成功，直接

關系到該機的速度和制打質量。如果共軛曲線設

計和 加 工 誤 差  ＞０ ．０３  ｍｍ，就 會 導 致 凸 輪 失 效。 該凸輪采用歐洲高精度專用機床制成［２］。

４ 運 行 試 驗、試 制 產 品 質 量 分 析 及 生產范圍

４．１  產品質量分析

分別對樣機進行空載運行和負載運 行 試 驗， 生產效率為 ２ ０００ ～６  ０００ 件 ／ｈ；對所生產的各種 三復合鉚釘觸頭進行了測試，各項標準全部達到 ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 《三復合鉚釘電觸頭技術條件》要 求。三復合觸點產品結合強度檢測實樣如圖 ５  所 示。采用壓扁法檢測復層結合強度，觸點頭部銀 層壓至頭部 直 徑 的 １ ／２ ，觸 點 腳 部 銀 層 分 開 壓 至 腳部 直 徑 的 １ ／２ 。在 放 大 ５０  倍 的 顯 微 鏡 下 檢 測 復層結合處的裂紋狀態。ＪＢ  １ ０８７２ —２００８ 中要求 裂口長度比占壓扁后結合面的長度 １ ／５  以內，而

該機生產的觸點產品均小于 １ ／１ ０ 。

  該機通過調整可以生產腳部銀層厚度 ０ ．２ ～

２ ．０  ｍｍ 的產品，并且使銀層均勻分布。

斷能力。使用者選擇斷路器時，必須考慮這些因

素，對斷路器作適當的降容處理。

通常，斷路 器 總 是 安 裝 在 成 套 電 器 設 備 （開 關柜）內使 用 的，通 過 溫 升 試 驗 可 以 知 道 開 關 柜 各個部位的環境溫度，再按斷路器制造廠提供的 電流 －溫度修正表或曲線，來確定相應的降容系 數。降容系數隨不同產品而異。

對于只允許上進線的斷路器，如果一 定 要 下 進線，就相應降低其分斷能力。一般短路分斷電

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

２５ ％ ～３０ ％。具體的降容數值，應按制造廠規定。 海拔高度對電氣絕緣強度的影響，有 經 驗 公 式可以估算。但海拔高度對額定電流和額定分斷 能力降低的影響，沒有現成的估算公式，只有向制

造部門咨詢確定。

５  結 語

（１ ）發電廠低壓廠 用 電 系 統 的 供 電 可 靠 性， 對機組和整個電廠的安全運行至關重要，而正確、 合理選用低壓斷路器是低壓廠用電系統安全運行

的重要保證。發電廠低壓斷路器使用面廣、數量

多，且涉及到各個工藝系統的安全運行。運行實 踐證明，正確合理選用低壓斷路器既能提高供電 可靠性，又能避免因選用不當而帶來的事故和大 量的維護工作。

（２ ）正確合理選用低壓斷路器的關鍵是要掌 握低壓斷路器的類型和適用場合，額定技術參數 的定義，過載、短路保護特性，實際使用場合對額 定技術參數的影響及修正方法，以及供電負荷的 特點等。盲目選用低壓斷路器必定會帶來嚴重的 事故隱患。本文對正確合理選用低壓斷路器有所 幫助。

４．２ 產品生產范圍

廣，可以制造頭部直徑范圍 ２ ～８  ｍｍ、足部直徑 范圍 １  ～６  ｍｍ 的各 種 尺 寸 結 構，材 料 類 別 包 括 銀 ／銅 ／銀、銀 鎳 ／銅 ／銀 鎳、銀 氧 化 錫 ／銅 ／銀 氧 化 錫、銀氧化銅 ／銅 ／銀氧化銅、銀氧化鎘 ／銅 ／銀氧化 鎘三復合鉚釘。該機已經在公司全面推廣，可以 達到 ２ 億顆 ／年的生產能力，成為國內重要的三復 合鉚釘的生產基地。制打產品的綜合性能符合相 關行業標準的技術要求，得到國內外用戶的好評。