专利名称：一种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法
一种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法技术领域
本发明一种高压开关中使用的螺旋弹簧触指及其制备方法。
背景技术：
我国各地能源和经济发展的不平衡，必须通过能源传输通道和错峰调节来协调，而高压开关则是最大能源一电力输送通道安全的重要保证。
触指是一类用于电气行业，尤其是高压开关中的电器零件，属于户外交流高压断路器灭弧室应用技术，它就像一个接触笼插在各个接触面之间。通过大量的接触点来连接各个表面，以连续和间歇的方式运行，每个接触点充当“桥梁”作用让电流通过。
螺旋弹簧触指是近年来发展起来的新型触指，有逐渐取代已有的“梅花”触指和“表带”触指的趋势。但一方面它的制备技术因特殊性而受到一定限制，另一方面，传统的螺旋弹簧触指选用铍青铜材质，铍是一种污染环境和致癌的金属元素，特别是使用中铍的挥发难以控制已成为世界性难题。为此，在不影响螺旋弹簧触指主要性能的前提下，改变螺旋弹簧触指用材成为必然。发明内容
本发明目的在于提供一 种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法，取代传统的铍青铜材质的弹簧触指，减少污染。
本发明采用如下技术方案:
—种高压开关用的螺旋弹簧触指，该螺旋弹簧触指为椭圆截面的圈簧结构，椭圆截面的长轴沿圆簧的轴向，该螺旋弹簧触指的材料为铬锆铜，其中，铬含量为0.8^1.9%，锆含量为l.(T2.9%，其余为铜。
该螺旋弹簧触指，线材抗拉强度为38(T420MPa，线材硬度为ll(Tl30HV。
所述的螺旋弹簧触指的制备方法，步骤为:
a、CrZrCu线材准备，按照螺旋弹簧触指的目标材料成分比例准备原材料，将原材料熔化，保温，冷却，加工得到CrZrCu棒料，将棒材拉拔得到目标直径的CrZrCu线材；
b、将步骤a得到的CrZrCu线材进行固溶处理和时效处理；
C、将步骤b处理好的CrZrCu线材按照目标参数即螺距的大小、每个节圆的直径、芯轴尺寸和总的弹簧圈数，进行绕制，得到直线弹簧；
d、将步骤c绕制得到的直线弹簧，沿弹簧圈的中心线弯成圆环，把弹簧两端焊接在一起，形成封闭环形弹簧；
e、将焊接得到的封闭环形弹簧，在压力下折弯成型，使每个节圆呈符合要求的椭圆状。
步骤a中原材料可以为QCr0.5铬青铜(含铬0.4 1.1%的铬青铜)、0.5^0.8%的金属铬和广3%的金属锆；真空熔化温度为1800°C ±20°C，在该温度保温时间为2 4小时，冷却，加工得到CrZrCu棒料直径约80mm，拉拔得到CrZrCu线材直径为f 3mm。
实施步骤b的一种方法为:将CrZrCu线材，加热到980°C ±5°C，保温广2小时后，在20°C以下温度的水中在10s内快速淬火；将淬火后的CrZrCu线材再次加热到4500C ± 10°C，保温4 6小时，冷却至室温。
作为改进，在步骤d之前:对步骤c绕制得到的直线弹簧进行端面磨削，使卷绕末端厚度等于弹簧丝直径的25%-50%，弹簧末尾圈边缘无毛刺；根据要求，定出整形长度公差，对直线弹簧进行整形，调节节距均匀和弹簧的垂直度；对绕制得到的直线弹簧进行去应力退火。
在步骤c中，圈数比最终总圈数加两个耳钩的圈数。
步骤d中的一种焊接的方法为:焊前将要焊接区域进行打磨擦洗，去除油污、水分、灰尘及氧化膜，焊前预热温度150-300°C ;采用小型的乙炔焊机，把弹簧两个末端贴紧，然后用焊枪快速将局部熔化，使两个末端熔合在一起，然后将焊点表面多余的附着物去除，保持与线材的直径一致；预热时焊枪喷嘴距工件距离大约在30-40mm，时间15 30秒，正式焊接时距离在20-30mm，时间2(Γ50秒，焊接时旋转工件，调整旋转速度使其在旋转一周时完成焊接；焊接时先开氧气，再开乙炔气，焊接结束先关乙炔气，再关氧气；焊接时02/C2H2比值为广1.2，乙炔气的流量不大于0.5L/min,02流量不大于lL/min，使用次外层的火焰进行焊接。
实施步骤e的一种方法如下:制作上半模冲和下半模冲，上下两个半模冲各设置带螺纹槽的半椭圆柱状腔，两个半椭圆柱状腔结合形成一个闭合的椭圆柱状腔，该椭圆柱状腔参数由目标弹簧的节圆直径、圈高决定，螺纹槽的节距符合目标弹簧的节距，螺纹的槽顶角为圆形；在上下两个半模冲各设置两个互补的滑动接触面，滑动接触面相互对应，与所述的椭圆柱状腔轴向成一个角度A，该角度A由目标弹簧触指的节圆倾角决定；将焊接得到的封闭环形弹簧中的一段弹簧即数个节圆，竖直放置在上下两个半模冲形成的带螺纹槽的椭圆柱状腔之间；使上下两个半模冲的滑动接触面紧贴，对上下两个半模冲施加压力，使椭圆柱状腔闭合，使该段弹簧的节圆截面折弯成为目标参数的椭圆状，再对下一段重复以上过程，直至整个弹簧所有节圆全部折弯成截面为椭圆状。
本发明采用了椭圆截面的圈簧结构，椭圆截面的长轴沿圈簧的轴向，从而保证了弹簧触指与静触头的刚性触指之间具有较大的接触面，较小的接触电阻。同时，由于采用铬锆铜材料制作，保证了其自身的良好导电性，无毒性，而且有自动灭弧的功能，不产生电火花。同时在不影响使用效果的前提下，改进了铬锆铜材料中的成分比例，与目前市面上已有的铬锆铜合金材料相比，更易于加工成型，更适用于制作螺旋弹簧触指。
附图1为本发明实施例中制备得到的直线弹簧示意图。
附图2为本发明实施例中用到的折弯成型模具上半模冲示意图，其中a为前视图，b为左视图，c为俯视图，A为滑动接触面与椭圆柱状腔轴向所成的角度。
附图3为本发明实施例中用到的折弯成型模具下半模冲示意图，其中a为前视图，b为左视图，c为俯视图，A为滑动接触面与椭圆柱状腔轴向所成的角度。
附图4为本发明实施例中用到的折弯成型模具使用示意图，其中a为施加压力前的示意图，b为施加压力后的示意图。
附图5为本发明实施例中制备得到的螺旋弹簧触指外形图，其中Dl为螺旋弹簧触指的内径，D2为螺旋弹簧触指的外径，d为单个螺旋弹簧圈的直径，hi为单个螺旋弹簧圈倾斜一定角度时对应的高度。
具体实施方式
步骤a、材料制备
将市售的QCr0.5铬青铜，再添加0.5^0.8%的合金元素铬与f 3%的金属锆，按比例配好后装在直径不大于IOOmm的石墨坩埚内(长度按照使用的炉子容积确定)，摆放到真空熔炼炉内，加热到1800°C ±20°C，直至完全熔化，保温时间按装料的多少确定，一般在2 4小时，真空度不大于10_2Pa。然后随炉冷却到100°C左右出炉，从石墨坩埚内取出，经车床加工得到直径约80mm的CrZrCu棒料,最后经专业厂家的拉拔得到直径为l 3mm的CrZrCu 线材。
步骤b、热处理强化
将步骤a得到的CrZrCu线材进行固溶时效处理，使其强度和导电性能得到进一步提高。具体是将一盘或多盘CrZrCu线材放到高温箱式热处理炉内(取决于炉膛尺寸的大小)，加热到980°C ±5°C，保温f 2小时后，在IOs内快速淬火(迅速放到温度低于20°C的水里)，然后将淬火后的CrZrCu线材再次放到箱式热处理炉内加热到450°C ±10°C，保温4飞小时进行长时间时效，随后随炉冷却至室温即可。
步骤C、绕制弹簧
将步骤b热处理好的CrZrCu线材按照用户(图纸)要求，即选择线材的直径、螺距的大小、每个节圆的直径和总的弹簧圈数在绕簧机上设置参数后进行绕制，所得的弹簧为直线弹簧，如图1所示。弹簧圈数根据图纸总圈数加两个耳钩的圈数。绕制芯轴尺寸Otl数据可根据经验公式:
权利要求
1.一种高压开关用的螺旋弹簧触指，该螺旋弹簧触指为椭圆截面的圈簧结构，椭圆截面的长轴沿圆簧的轴向，其特征在于，该螺旋弹簧触指的材料为铬锆铜，其中，铬含量为0.8 1.9%，锆含量为1.0 2.9%O
2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧触指，其特征在于，该螺旋弹簧触指，线材抗拉强度为380 420MPa，线材硬度为110 130HV。
3.一种根据权利要求1所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于该制备方法步骤为: a、CrZrCu线材准备，按照螺旋弹簧触指的目标材料比例，准备铬青铜、金属铬与金属锆作为原材料，将上述原材料熔化，保温，冷却，加工得到CrZrCu棒料，将棒材拉拔得到目标直径的CrZrCu线材； b、将步骤a得到的CrZrCu线材进行固溶处理和时效处理； C、将步骤b处理好的CrZrCu线材按照目标参数即螺距的大小、每个节圆的直径、芯轴尺寸和总的弹簧圈数，进行绕制，得到直线弹簧； d、将步骤c绕制得到的直线弹簧，沿弹簧圈的中心线弯成圆环，把弹簧两端焊接在一起，形成封闭环形弹簧； e、将焊接得到的封闭环形弹簧，在压力下折弯成型，使每个节圆成符合要求的椭圆状。
4.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，步骤a中原材料为QCr0.5铬青铜，0.5^0.8%的金属铬与广3%的金属锆；真空熔化温度为1800°C ±20°C，保温时间为2 4小时，冷却，加工得到CrZrCu棒料直径约80mm，拉拔得到CrZrCu线材直径为I 3mm。
5.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，步骤b的方法为:将CrZrCu线材，加热到980°C ±5°C，保温I 2小时后，在20°C以下温度的水中在IOs内快速淬火；将淬火后的CrZrCu线材再次加热到450°C ±10°C，保温4 6小时，冷却至室温。
6.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，在步骤d之前:对步骤c绕制得到的直线弹簧进行端面磨削，使卷绕末端厚度等于弹簧丝直径的25%-50%，弹簧末尾圈边缘无毛刺；定出整形长度公差，对直线弹簧进行整形，调节节距均匀和弹簧的垂直度；对绕制得到的直线弹簧进行去应力退火。
7.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，在步骤c中，得到的直线弹簧的圈数比最终总圈数加两个耳钩的圈数。
8.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，在步骤d中焊接的方法为:焊前将要焊接区域进行打磨擦洗，去除油污、水分、灰尘及氧化膜，焊前预热温度150-300°C ;采用小型的乙炔焊机，把弹簧两个末端贴紧，然后用焊枪快速将局部熔化，使两个末端熔合在一起，然后将焊点表面多余的附着物去除，保持与线材的直径一致；预热时焊枪喷嘴距工件距离大约在30-40mm，时间15 30秒，正式焊接时距离在20_30mm，时间20 50秒，焊接时旋转工件，调整旋转速度使其在旋转一周时完成焊接；焊接时先开氧气，再开乙炔气，焊接结束先关乙炔气，再关氧气；焊接时，02/C2H2比值为f 1.2，乙炔气的流量不大于0.5L/min, O2流量不大于lL/min,使用次外层的火焰进行焊接。
9.根据权利要求3所述的螺旋弹簧触指的制备方法，其特征在于，步骤e的方法如下:制作上半模冲和下半模冲， 上下两个半模冲各设置带螺纹槽的半椭圆柱状腔，两个半椭圆柱状腔结合形成一个闭合的椭圆柱状腔，该椭圆柱状腔参数由目标弹簧的节圆直径、圈高决定，螺纹槽的节距符合目标弹簧的节距，螺纹的槽顶角为圆形；在上下两个半模冲各设置两个互补的滑动接触面，滑动接触面相互对应，与所述的椭圆柱状腔轴向成一个角度A，该角度A由目标弹簧触指的节圆倾角决定；将焊接得到的封闭环形弹簧中的一段弹簧即数个节圆，竖直放置在上下两个半模冲形成的带螺纹槽的椭圆柱状腔之间；使上下两个半模冲的滑动接触面紧贴，对上下两个半模冲施加压力，使椭圆柱状腔闭合，使该段弹簧的节圆截面折弯成为目标参数的椭圆状，再对下一段重复以上过程，直至整个弹簧所有节圆全部折弯成截面为椭圆 状。
全文摘要
本发明提供了一种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法，该螺旋弹簧触指为椭圆截面的圈簧结构，椭圆截面的长轴沿圆簧的轴向，该螺旋弹簧触指的材料为铬锆铜，其中，铬含量为0.8~1.9%，锆含量为1.0~2.9%。该螺旋弹簧触指的制备方法的步骤包括CrZrCu线材准备；固溶处理和时效处理；弹簧绕制；焊接；折弯成型。该螺旋弹簧触指采用了椭圆截面的圈簧结构，椭圆截面的长轴沿圈簧的轴向，使弹簧触指与静触头的刚性触指之间具有较大的接触面，较小的接触电阻。采用铬锆铜材料制作，使其具有良好导电性，无毒性，而且有自动灭弧的功能，不产生电火花。
文档编号H01H11/04GK103151187SQ20131005052
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月8日 优先权日2013年2月8日
发明者黄友庭, 张丹彦 申请人:福州博力达机电有限公司