弹簧线圈单元及其连接结构、复合螺旋弹簧触指及其制造方法、插接件

1.本发明涉及电气连接技术领域，具体涉及弹簧线圈单元及其连接结构、复合螺旋弹簧触指及其制造方法、插接件。


背景技术：

2.本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的

技术实现要素：
，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
3.触指结构是一种在插头与插套之间的特殊弹性电连接部件，通过形变产生弹性应力而在触指与导体间形成多个接触点，以这多个接触点为桥梁实现了插头与插套之间的电气互联。触指类电连接部件由于其结构简单、体积小、适合批量生产，被广泛应用于各类电气设备中，如组合电器、断路器、变压器、开关柜以及气体绝缘母线。
4.触指接触点的接触电阻产生的焦耳热过大易使触指材料劣化，引起接触不良，严重威胁插头插套等接触对电气连接的运行可靠性。目前市场常用的触指结构主要包括梅花触指、表带触指、弹簧触指等，其中表带触指虽然导流能力强，但其对加工精度和材料热处理工艺的要求高，同时表带触指的弹性应力变化大，对接触尺寸要求高，缺乏径向约束，受插头插套偏心状态影响大，难以保证稳定，均匀的接触电阻。而弹簧触指结构简单，接触应力恒定，允许在接触面设计上出现较大的公差、误差，但由于其自身弹性结构的局限性，导流能力比之表带触指稍差。在制造工艺上，也与国外的先进技术相去甚远，生产出的电连接部件的通流能力较差，抗拉强度与抗疲劳强度也不高，质量存在波动性。当出现大电流时，容易出现温升过高，造成电连接部件烧损。
发明内容
5.本发明的目的在于提供弹簧线圈单元及其连接结构、复合螺旋弹簧触指及其制造方法、插接件，以解决现有触指接触点的接触电阻产生的焦耳热过大，导致电连接部件烧损的问题。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种弹簧线圈单元，其包括连接杆和弧形连接片，连接杆包括固定端和连接端，弧形连接片包括第一端和第二端，固定端与第一端连接，连接端和第二端相互远离交错设置。
8.进一步地，弧形连接片的横截面为半椭圆形。
9.采用上述技术方案的有益效果为：弧形连接片呈半椭圆形可以提供一定的形变应力，弹簧线圈单元的底部直轴对应贴合安装触头表面，相较于传统圆形螺旋弹簧触指，半椭圆形的设计提高了螺旋弹簧的安装结构稳定性，增强了其与安装基底的良好接触，避免了在插拔时传统弹簧触指可能发生的轴向自旋转情况，此外在安装范围或一定的压缩形变区间内具有更稳定的弹性应力，也具有更大的压缩范围，能够允许接触面装配出现较大的偏
差。
10.进一步地，弹簧线圈单元设置有导电触指片，导电触指片的两端分别设置有弯曲成型的夹紧角，使得导电触指片的两端分别与固定端和连接端扣合；导电触指片的外侧设置有对弧形连接片形成延伸包覆的延伸片。
11.采用上述技术方案的有益效果为：考虑到弹簧线圈单元的形状，在导电触指片的两端分别设置夹紧角，夹紧角与弧形连接片的结构相适配，从而将导电触指片安装在弧形连接片上。此外导电触指片设置有延伸片，对弹簧线圈单元的顶部形成延伸包覆，增大与触头表面的接触，形成可靠电连接，同时并未对延伸角位置进行固定，避免对弹簧线圈单元过度约束，影响触指弹性性能。
12.一种弹簧线圈单元连接结构，其包括第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元，第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元均上述的弹簧线圈单元，第一弹簧线圈单元的连接杆与第二弹簧线圈单元的连接杆平行设置，第一弹簧线圈单元的固定端与第一弹簧线圈单元的第一端连接，第一弹簧线圈单元的第二端与第二弹簧线圈单元的连接端连接，第二弹簧线圈单元的固定端与第二弹簧线圈单元的第一端连接，第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元的弧形连接片相互靠近。
13.一种复合螺旋弹簧触指，其包括多个弹簧线圈单元，多个弹簧线圈单元依次连接成圈环，相邻的弹簧线圈单元通过上述的弹簧线圈单元连接结构。
14.采用上述技术方案的有益效果为：多个弹簧线圈单元连接后成型为圈环，每个弹簧线圈单元均设置有导电触指片，弹簧线圈单元的形变弹性应力精准传导于导电触指片，确保导电触指片与触头的良好接触。弹簧线圈单元提供了稳定可靠的接触应力，导电触指片作为本技术方案的载流部件，导流功能和弹性形变应力功能彼此独立实现，使得复合螺旋弹簧触指兼具了电连接部件所需的稳定弹性应力以及足够的通流能力。本技术方案的弹簧触指结合了常规弹簧触指和复合结构触指的优点，具有结构简单，体积小，接触点多，导电能力强，耐磨性好等优点，而且其接触应力受形变因素影响小，允许接合面出现较大偏差，规避了目前常规表带触指在偏心状态下各处接触电阻差异过大导致导流不均的问题，大大减少了在大电流通流条件下弹性电接触部件过热老化，提升了使用寿命，也即解决了现有触指接触点的接触电阻产生的焦耳热过大，导致电连接部件烧损的问题。
15.一种复合螺旋弹簧触指制造方法，用于制造上述的复合螺旋弹簧触指，其包括以下步骤：
16.s1：制造弹簧线圈条：制备弹簧线圈单元的原材料线材，将该原材料线材绕制成依次连接的多个弹簧线圈单元，得到弹簧线圈条；
17.s2：圈环成型：将弹簧线圈条首尾焊接成型为圈环，对圈环进行整形处理和热处理；
18.s3：制造导电触指片：选择制备导电触指片的材料，将该材料冲切成型导电触指片，对成型后的导电触指片依次进行热处理和镀银处理，得到导电触指片；
19.s4：装配弹簧线圈单元和导电触指片。
20.采用上述技术方案的有益效果为：考虑到弹簧线圈单元和导电触指片的结构不同，弹簧线圈单元和导电触指片的材料及实现功能设计了不同的生产流程，而后再进行组装，进一步加强了电连接部件所需的稳定弹性应力和通流能力，同时基于冷挤压成型工艺
发展情况与优点，将其应用到复合螺旋弹簧触指的生产制造中，对比传统触指的制造工艺，增加了触指的导流容量及运行寿命，提高了生产过程中的材料利用率和生产效率，降低了生产成本。
21.进一步地，在步骤s2中，整形处理为：将多个弹簧线圈单元按压呈倾斜状态后，调整单个弹簧线圈单元的单圈间距。
22.进一步地，在步骤s3中，热处理包括固溶处理工艺和时效处理工艺，固溶处理：氨炉加热780℃，持续9h后水淬；时效处理：280℃，持续3h。
23.采用上述技术方案的有益效果为：本技术方案采用的热处理工艺参数，材料中的回复与再结晶的软化作用刚好对硬度的影响状态为最佳，获得合适的晶粒度，使硬度值稍许降低且更均匀，硬度值基本集中在80～95hbw，使镀银层附着状态更为良好，同时保证其高温抗蠕变性能，避免之后在产品服役状态下出现刚性变形及裂纹，影响产品的压接强度及电接触效果，且充分发挥其高弹性性能，增加弹性应变压力，降低接触电阻。
24.进一步地，在步骤s3中，在镀银处理前对导电触指片进行预处理，包括以下步骤：碱性除油、盐酸除锈、混酸出光、稀盐酸活化。
25.一种插接件，其包括连接插头、连接插套和上述的复合螺旋弹簧触指，圈环安装在连接插头的凹槽中，连接插套套设在连接插头上。
26.本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明的弧形连接片呈半椭圆形可以提供一定的形变应力，弹簧线圈单元的底部直轴对应贴合安装触头表面，相较于传统圆形螺旋弹簧触指，半椭圆形的设计提高了螺旋弹簧的安装结构稳定性，增强了其与安装基底的良好接触，避免了在插拔时传统弹簧触指可能发生的轴向自旋转情况，此外在安装范围或一定的压缩形变区间内具有更稳定的弹性应力，也具有更大的压缩范围，能够允许接触面装配出现较大的偏差。
28.(2)本发明的弹簧触指结合了常规弹簧触指和复合结构触指的优点，具有结构简单，体积小，接触点多，导电能力强，耐磨性好等优点，而且其接触应力受形变因素影响小，允许接合面出现较大偏差，规避了目前常规表带触指在偏心状态下各处接触电阻差异过大导致导流不均的问题，大大减少了在大电流通流条件下弹性电接触部件过热老化，提升了使用寿命，也即解决了现有触指接触点的接触电阻产生的焦耳热过大，导致电连接部件烧损的问题。
29.(3)本发明考虑到弹簧线圈单元和导电触指片的结构不同，弹簧线圈单元和导电触指片的材料及实现功能设计了不同的生产流程，而后再进行组装，进一步加强了电连接部件所需的稳定弹性应力和通流能力，同时基于冷挤压成型工艺发展情况与优点，将其应用到复合螺旋弹簧触指的生产制造中，对比传统触指的制造工艺，增加了触指的导流容量及运行寿命，提高了生产过程中的材料利用率和生产效率，降低了生产成本。
附图说明
30.图1为本发明弹簧线圈连接结构的结构示意图。
31.图2为本发明复合螺旋弹簧触指的结构示意图。
32.图3为本发明的圈环的结构示意；
33.图4为本发明的复合螺旋弹簧触指的安装结构示意图。
34.图中：1-连接杆；101-固定端；102-连接端；2-导电触指片；3-夹紧角；4-延伸片；5-圈环；6-连接插头；7-连接插套；8-弧形连接片；801-第一端；802-第二端。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
36.实施例1
37.请参照图1，一种弹簧线圈单元，其包括连接杆1和弧形连接片8，连接杆1包括固定端101和连接端102，弧形连接片8包括第一端801和第二端802，固定端101与第一端801连接，连接端102和第二端802相互远离交错设置，使得弹簧线圈单元的呈开口的状态，弧形连接片8的横截面为半椭圆形，弹簧线圈单元的材质为弹性不锈钢。
38.常见的弹簧线圈单元的横截面为圆形，而本实施例的弹簧线圈单元包括连接杆1和弧形连接片8，弧形连接片8呈半椭圆形可以提供一定的形变应力，弹簧线圈单元的底部直轴对应贴合安装触头表面，相较于传统圆形螺旋弹簧触指，半椭圆形的设计提高了螺旋弹簧的安装结构稳定性，增强了其与安装基底的良好接触，避免了在插拔时传统弹簧触指可能发生的轴向自旋转情况，此外在安装范围或一定的压缩形变区间内具有更稳定的弹性应力，也具有更大的压缩范围，能够允许接触面装配出现较大的偏差。
39.弹簧线圈单元设置有导电触指片2，导电触指片2的材料选用c17200铍铜，导电触指片2的两端分别设置有弯曲成型的夹紧角3，导电触指片2的两端分别与固定端101和连接端102扣合，导电触指片2的外侧设置有对弧形连接片8形成延伸包覆的延伸片4。考虑到弹簧线圈单元的形状，在导电触指片2的两端分别设置夹紧角3，夹紧角3与弧形连接片8的结构相适配，从而将导电触指片2安装在弧形连接片8上。此外导电触指片2设置有延伸片4，对弹簧线圈单元的顶部形成延伸包覆，增大与触头表面的接触，形成可靠电连接，同时并未对延伸角位置进行固定，避免对弹簧线圈单元过度约束，影响触指弹性性能。
40.实施例2
41.请参照图2，一种弹簧线圈单元连接结构，其包括第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元，第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元均实施例1中的弹簧线圈单元。由于本实施例中的弹簧线圈单元包括连接杆1和弧形连接片8，因此除了考虑连接杆1和弧形连接片8的连接外，相邻的弹簧线圈单元之间连接方式也不同。第一弹簧线圈单元的连接杆1与第二弹簧线圈单元的连接杆1平行设置，第一弹簧线圈单元的固定端101与第一弹簧线圈单元的第一端801连接，第一弹簧线圈单元的第二端802与第二弹簧线圈单元的连接端102连接，第二弹簧线圈单元的固定端101与第二弹簧线圈单元的第一端801连接，第一弹簧线圈单元和第二弹簧线圈单元的弧形连接片8相互靠近。
42.实施例3
43.请参照图3，一种复合螺旋弹簧触指，其包括多个弹簧线圈单元，多个弹簧线圈单元依次连接成圈环5，相邻的弹簧线圈单元之间通过实施例2的弹簧线圈单元连接结构进行连接。多个弹簧线圈单元首尾依次连接后成型为圈环5，每个弹簧线圈单元均设置有导电触指片2，弹簧线圈单元的形变弹性应力精准传导于导电触指片2，确保导电触指片2与触头的良好接触。弹簧线圈单元提供了稳定可靠的接触应力，导电触指片2作为本发明的载流部
件，导流功能和弹性形变应力功能彼此独立实现，使得复合螺旋弹簧触指兼具了电连接部件所需的稳定弹性应力以及足够的通流能力。本发明的弹簧触指结合了常规弹簧触指和复合结构触指的优点，具有结构简单，体积小，接触点多，导电能力强，耐磨性好等优点，而且其接触应力受形变因素影响小，允许接合面出现较大偏差，规避了目前常规表带触指在偏心状态下各处接触电阻差异过大导致导流不均的问题，大大减少了在大电流通流条件下弹性电接触部件过热老化，提升了使用寿命，也即解决了现有触指接触点的接触电阻产生的焦耳热过大，导致电连接部件烧损的问题。
44.在本实施例中，导电触指片2的两端分别与相对应的固定端101和第一端801的连接处、连接端102与第二端802的连接处扣合。
45.实施例4
46.请参照图4，一种插接件，其包括连接插头6、连接插套7和实施例3的复合螺旋弹簧触指，圈环5安装在连接插头6的凹槽中，连接插套7套设在连接插头6上。本复合螺旋弹簧触指通过自身螺旋弹簧收紧弹力紧固安装于连接插头6的凹槽中，而后连接插套7套设在连接插头6上，形成可靠电连接，为保证充足载流能力可在连接处安装多个触指，但本实施例安装示意图仅作说明，不作具体的数量限制。
47.实施例5
48.一种复合螺旋弹簧触指制造方法，该工艺包括以下步骤：
49.s1：制造弹簧线圈条：制备弹簧线圈单元的原材料线材，制备弹性不锈钢原材料线材的过程包括配料、熔炼、铸锭、退火、锻造、轧制、退火、酸洗、冷拉拔步骤；将该原材料线材放置在数控绕簧机上绕制成依次连接的多个弹簧线圈单元，得到弹簧线圈条；
50.多次退火，及铸锭、锻造、轧制等热变形方式可得到预坯，可均匀细化材料内部组织，为下一步的冷拉拔成线材做准备，同时使不锈钢线材具有更高的抗压抗拉强度，弹性极限，更高的疲劳强度。
51.s2：圈环5成型：将弹簧线圈条首尾相连焊接成型为圈环5，采用手工氩弧焊，选择合适的焊接氩气量、电流量以及起弧时间，将弹簧线圈条的首尾端焊接后成型为圈环5，为保证焊接接头质量，焊接时需采用与弹簧线圈条的形状相匹配的工装夹具；成型后的圈环5，将多个弹簧线圈单元按压呈倾斜状态后，调整单个弹簧线圈单元的单圈间距，使其更为均匀，再对圈环5进行热处理；
52.采用工装夹具可以提高焊接强度，保证焊缝饱满，无漏焊和虚焊等现象。
53.s3：制造导电触指片2：选择制备导电触指片2的材料，将该材料放置在多工序复合级进精冲模具中，采用冷挤压的成型工艺冲切成型导电触指片2，在镀银处理前对导电触指片2进行预处理：碱性除油、盐酸除锈、混酸出光、稀盐酸活化；再对成型后的导电触指片2先进行热处理，热处理包括固溶处理工艺和时效处理工艺，固溶处理：氨炉加热780℃，持续9h后水淬；时效处理：280℃，持续3h。再进行镀银处理，镀银处理是通过表面电镀加工弧形导电触指片2，镀层厚度为18-24μm，表面镀银工艺防止了铍铜的腐蚀劣化，降低了接触电阻；
54.制备导电触指片2的材料选用c17200铍铜，化学成分为：be1.90-2.15％，ni0.20-0.25％，co0.35-0.65％，其余为cu。该材质具有高机械强度、高耐磨性、高导热及导电性。
55.考虑到导电触指片2的设置有弯曲成型的夹紧角3，在导电触指片2成型后先冲压弯曲夹紧角3，再对导电触指片2冲压弯曲使之形成一定包覆角度的延伸片4，此处应严格尺
寸要求，避免在组装工序时触指片与螺旋弹簧组合不上或配对不精准，触指片厚度为0.5mm，触指片宽度为20mm；
56.本发明采用的热处理工艺参数，材料中的回复与再结晶的软化作用刚好对硬度的影响状态为最佳，获得合适的晶粒度，使硬度值稍许降低且更均匀，硬度值基本集中在80～95hbw，使镀银层附着状态更为良好，同时保证其高温抗蠕变性能，避免之后在产品服役状态下出现刚性变形及裂纹，影响产品的压接强度及电接触效果，且充分发挥其高弹性性能，增加弹性应变压力，降低接触电阻。
57.s4：装配弹簧线圈单元和导电触指片2，导电触指片2覆盖在弹簧线圈单元上，导电触指片2的两端分别与对应的弹簧线圈单元的弧形连接片8两端进行强压接，完成弹簧线圈单元和导电触指片2的装配，重复步骤，在多个弹簧线圈单元上组装好所有弧形导电触指片2。
58.复合螺旋弹簧触指成型后，将复合螺旋弹簧触指安装入标准插头插套中，进行插拔力以及接触电阻测试。考虑到弹簧线圈单元和导电触指片2的结构不同，弹簧线圈单元和导电触指片2的材料及实现功能设计了不同的生产流程，而后再进行组装，进一步加强了电连接部件所需的稳定弹性应力和通流能力，同时基于国内冷挤压成型工艺发展情况与优点，将其应用到复合螺旋弹簧触指的生产制造中，对比传统触指的制造工艺，增加了触指的导流容量及运行寿命，提高了生产过程中的材料利用率和生产效率，降低了生产成本。
59.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。