微型開關動觸頭元件級進模設計

0 引 言

薄片類動觸頭作為強度大、導電性好的高彈性元件在開關、連接器、換向器、繼電器等電子零件上得到廣泛應用，其必須在靜態或變數負荷條件下，才能體現較好的抗疲勞性能與導電性能，所以對選材和精度有較高的要求。圓形觸點抗扭力比較弱，不適合在特定的條件下使用，觸點旋轉會導致鉚接松動，產生觸橋與觸點的接觸間隙，使用過程中會出現溫升過高、火花腐蝕、粘連等故障，導致開關失效或起火，因此工藝上保證觸點組裝后的穩定性尤為重要。動觸頭長期在電流引起的自熱和環境溫度的影響下，會出現自身應力松弛的現象，需保證動觸頭不能有壓痕、翹曲變形、毛刺等缺陷，工作時才能有良好的通斷性能。在上述技術要求下，現介紹的方形觸點抗扭力較好，觸點不會脫落，滿足鉚接推力要求。

1 動觸頭結構及材料

圖1所示動觸頭是由厚度為0.1 mm的鈹銅片（觸橋）和一個方形銀合金觸點鉚接而成。制件尺寸精度高，要求鈹銅片（觸橋）不能有變形、壓傷、翹曲等不良現象，方形觸點尺寸符合要求，鉚接推力≥50 N，觸點銀面不能有壓傷，否則會影響制件的功能性要求。

動觸頭觸橋材質為鈹銅，具有較好的抗疲勞性能。觸點為導電和抗腐蝕性更好的銀鎳合金材料，銀具有優秀的導電性，但是純銀在退火狀態下的硬度和強度較低，易硫化生成硫化銀（Ag

S）或硫酸銀（Ag

SO

），且銀的抗熔焊性能低。為了提高銀作為電接觸材料的電氣性能，在銀基體中添加Ni，這樣可以抑制Ag晶粒長大，起到彌散強化的作用，提高其耐熱強度。在純銀中添加10%的Ni，雖然降低了導電性，但是增加了材料的硬度，加大了接觸過程中的電火花抗侵蝕能力，使其具有優良的電氣性能及較長的使用壽命。

2017年9月，經國務院臺辦、國家發改委、商務部聯合批復，廣西設立了全國首個海峽兩岸產業合作區，從政策上促進了臺資企業向大陸中西部轉移。該項政策的實施，不僅是當前經濟發展的必然需要，更是構建“一帶一路”新經濟發展的必然趨勢。海峽兩岸產業合作區的設立，是廣西對臺經貿發展過程中的重要事件，對兩岸經濟文化交流大有益處。在產業合作區的設立過程中，自治區臺辦認真聽取臺商的意見和建議，主動與相關部門加緊溝通落實，真正把握中央惠臺政策中的要領。合作區成立后，吸引了很多臺商的目光，意向投資總額已經超過了80億元。

2 工藝分析及排樣

該動觸頭觸橋薄，厚度僅有0.1 mm，鉚接方形觸點。方形觸點若使用圓線料冷鐓工藝無法將觸點的棱角填滿，成形制件會出現缺陷，可行性工藝應為粉末冶金制作觸點，再手工或半自動組裝到觸橋上，但該成形工藝增加了觸點的制造成本。對于0.1 mm厚的觸橋，沒有更好的方法解決手工組裝帶來的應力變形問題，無法成形合格、穩定、高效的動觸頭元件?；谏鲜鰡栴}，采用單側載體的方式運載條料，并在級進模內組裝的工藝。鈹銅為主料帶，由壓力機的高速滾輪送料機從左至右進行送料，在鈹銅料帶上預沖方孔。方線料用自行設計送料機構送料，垂直鈹銅料帶的方向送進模具，方線料在模具內剪切后鉚接在鈹銅料帶的方孔上，即預鉚接。預鉚接的觸點會隨著鈹銅料帶進入下一個工位，進行多次壓鉚整形，使觸點尺寸和形狀符合要求。通過該方法能較好地完成鈹銅料帶上方形觸點的鉚接，然后再進行鈹銅料帶的沖切和彎曲，最后以連續料帶的方式出料，卷盤收料，完成觸橋的加工。動觸頭元件的成形工藝排樣如圖2所示，由17個工序組成：①沖定位孔；②壓凸包；③沖方孔；④沖圓孔；⑤預斷線；⑥翻孔；⑦切邊；⑧預鉚接方線料；⑨鉚接；⑩鉚接；?整形；?光纖檢測；?切邊；?彎曲；?彎曲調整；?切邊；?調整扇形。

3 模具設計

3.1 模具總體結構和設備要求

薄片沖壓鉚接的最大問題是在鉚接過程中產生的應力釋放和擠壓變形。制件鉚接時觸點膨脹會擠壓鈹銅料帶，致使鈹銅料帶內存在應力，觸點整形過程中因為受力不均會存在觸點上下竄動的情況，使鉚接在鈹銅料帶上的觸點上凸或下翹。經研究采用3種方法解決：①沖切工序將觸點周邊的廢料切開，鉚接過程中應力會逐步釋放，待鉚接完成后再進行觸橋尺寸的精切；②將方孔內孔邊緣壓凸0.05～0.1 mm，并依據體積相等的原理將鈹銅料帶每側觸點的長度在預鉚接工序調整；③鉚接工序采用浮升塊8和卸料板3先將鈹銅料帶壓住進行觸點的壓形，關鍵工序鉚接1的過程如圖7所示。這種先壓住薄片料帶，再對觸點壓形，并采用分步先固定觸點一側，再壓形另一側的方法能控制觸點在鈹銅料帶上下竄動的情況。通過以上方法，解決了觸點鉚接后鈹銅料帶應力變形的問題。

觸點成形工藝為：沖孔→壓凸→送線預鉚接→鉚接1→鉚接2→整形，如圖6所示。卸料板先將鈹銅料帶壓住再進行鉚接和整形，鉚接1為整形觸點上側，鉚接2為整形觸點下側，整形為微調觸點尺寸。鉚接配件的材料為SKH-9，其硬度為62～64 HRC，經過拋光后，再進行表面鍍鈦處理，提高了硬度和成形配件的耐磨性，延長了制件的使用壽命。

3.2 方線料送料機構

壓力機不能提供方線料送料，設計了機械式送料機構,如圖4所示。機構利用齒輪的傳動原理，帶動2個帶槽的滾輪夾緊方線料進行送料。送料過程如下：在基座4上固定2個精密滑配的軸5，軸5的一側固定2個齒輪3，2個齒輪嚙合傳遞動力。在軸5的另一側固定2個送料的滾輪6，在齒輪一側的軸上固定拉桿2，且拉桿通過單向軸承1與軸5連接，當模具開模時就會拉動拉桿2，拉桿2通過單向軸承1帶動軸5，軸5上齒輪3轉動帶動送料滾輪6旋轉。方線料通過導軌7進入送料滾輪6的中間，滾輪6旋轉帶動方線料直線送料，送料的尺寸由拉桿2的擺動幅度確定。當上模向下止點運動時，拉桿2在自身重力的作用下自動復位（也可以加裝復位彈簧復位），當上模繼續向上止點運動時，開始下一次的送料。

3.3 觸點的預鉚接過程

采用模內送方線料的工藝，在級進模內鉚接后外觀平整，沒有變形和翹曲現象，觸頭表面光亮，無壓傷、條紋，如圖8所示。

3.4 觸點成形工藝

1.3 統計學分析 采用SPSS 22.0統計軟件對數據進行統計學處理，計量資料以表示，多組比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

有數據顯示[2]，純電動汽車動力磷酸鐵鋰（LiFePO4, LFP）、三元體系電池（LiNixCoyMnzO2,NCM）、鈦酸鋰（Li2TiO3, LTO）、錳酸鋰（LiMn2O4,LMO）四種鋰離子電池2016年的需求量占比70%、26%、2%和2%，2017年則為49%、45%、4%和2%，從以上數據可以看出，在2016年前之新能源動力汽車以LFP為主，因此在報廢的初期，以LFP動力電池為主。而隨著市場規模的快速發展，三元材料體系動力電池報廢量將與LFP持平。另外，根據目前市場發展趨勢及國家對動力電池能量密度的要求，三元材料體系電池市場占有量甚至可能超過LFP電池市場量。

3.5 觸橋變形問題的解決方法

動觸頭級進模結構如圖3所示，通過內外導柱連接上、下模并使模具零件具有準確位置關系，保證制件的成形精度。模架選用對角四導柱形式，由于鉚接觸點存在應力問題，工藝上要滿足先壓住鈹銅料帶、再整形觸點的要求，使用彈壓式卸料板。動觸頭尺寸精度要求高，選用400 kN精密高速壓力機，行程為30 mm，模具生產過程中外導柱和導套不會脫離，以保證模具的導向精度。十字形滾珠式內導柱安裝在卸料板上，模具運行過程中也不會脫離下模板，保證運動過程中模具有更好的垂直度。

4 試驗結果分析

4.1 鉚接外觀

模具的卸料板起導向和壓料、卸料的作用，在刀口剪切或成形時需要卸料板將鈹銅料帶壓住才能進行,使用矩形彈簧確保壓料力和卸料力的穩定。方線料的送料時間是在模具的卸料板離開料帶到上止點之間，如圖5（a）所示。隨著上模下行，上限位鉚模12跟隨卸料板先接觸鈹銅料帶11并一起向下運動，與在下模浮起的凹模固定塊3一起壓住鈹銅料帶11，如圖5（b）所示。上模繼續向下運動，固定在凸模固定塊5上的切方線料凸模2接觸方線料10，并與凹模固定塊3一起切斷方線料10，此時推桿4隨下模座8內的彈簧9被壓縮而下行，上模繼續向下運動至下止點，切方線料凸模2將切下的觸點壓進鈹銅料帶11預沖的方孔內，如圖5（c）所示，并與上限位鉚模12進行預鉚接。上模運行到下止點后，卸料板上的上限位鉚模12隨上模一起抬升，凹模固定塊3在推桿4的作用下一起浮升，使切方線料凸模2復位，脫離被鉚進鈹銅料帶的觸點，上模繼續上行，被鉚接的觸點隨鈹銅料帶11繼續浮升，如圖5（d）所示，浮升結束后跟隨鈹銅料帶11被送到下一個工位，完成方線料的切斷和在鈹銅料帶上的預鉚接。

1.3.1 血壓水平 采用血壓計測量治療前后兩組妊娠期高血壓疾病患者的收縮壓(SBP)和舒張壓(DBP)。

4.2 金相顯微分析

將鉚接后的制件用工具鉗剪切到一定的尺寸，使用金相鑲嵌機制備金相樣塊，經過由粗到細的打磨、拋光處理后，再用金相顯微鏡對其鉚接金相進行觀察，如圖9所示。觸頭與觸橋之間無明顯縫隙，觸橋嵌入觸點內，觸點有較大的塑性變形并且和觸橋之間有緊密的物理結合，獲得了較高的鉚接質量。

4.3 鉚接推力試驗

使用測力計檢測鉚接后的動觸點鉚接推力，記錄推力的實際值大小，隨機抽測20個制件（20個觸點），鉚接推力最小為60 N，平均推力為64.85 N，均滿足制件鉚接推力≥50 N的要求。

5 結束語

AgNi觸點和鈹銅料帶觸橋采用級進模模內送金屬方線料進行觸點成形與觸橋鉚接的工藝，基于上述技術也可以將方線料變成一層Ag、一層Cu的多層復合金屬方線料，采用該工藝進行鉚接也達到了效果，為后續成本優化提供了解決方案。料帶觸橋越薄對觸點的鉚接影響越大，仍需注意方線料的硬度及延展特性，否則會對觸點的鉚接強度和觸橋的平面度產生影響。

[1]張鼎承.沖模設計手冊[M].北京:機械工業出版社,1999:173-180.

[2]虞蓮蓮.實用有色金屬材料手冊[M].北京:機械工業出版社,2001:625.

[3]陳啟榮.一種用于端子自動鉚接機上的線材自動送料結構:中國,CN200620064513.X[P].2007-07-11.

[4]王長喜.一種模內組裝的級進模設計[J].模具工業,2019,45(1):20-23.