低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究_蒋德志.pdf

电工材料 2023 No.1蒋德志等：低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究蒋德志，卢菲，秦琳（桂林金格电工电子材料科技有限公司，广西桂林 541004）摘要：低压触头铆接组件是电器中的关键零件，其表面质量直接影响电器的接触电阻，进而影响电器的接触可靠性。通过采用不同清洗工艺对铆接组件进行清洗，并结合采用不同去油剂清洗铆接组件，分析了各工艺对产品表面形貌及表面杂质元素分布的影响。结果表明，采用抛光工艺清洗铆接组件，会使触头表面质量劣化；采用有机溶剂清洗，表面相对光滑，表面杂质元素含量更低，更适合应用于铆接组件清洗处理。关键词：模内铆接；铆接组件；清洗；表面质量中图分类号：TM503+.5 DOI：10.16786/ki.1671-8887.eem.2023.01.004Research on Cleaning Process of Contact Riveted Assembly for Low-voltage ApparatusJIANG Dezhi,LU Fei,QIN Lin(Guilin Coninst Electrical&Electronic Material Co.,Ltd.,Guangxi Guilin 541004,China)Abstract:The low-voltage contact riveted assembly is a key part in electrical equipment.The surface quality of the contact affects the contact resistance,and then affects the contact reliability of electrical equipment.In this paper,cleaning the riveted assemblies by using different cleaning processes and with different degreasing agents was stated.The influences of various processes on the product surface morphology and the distribution of surface impurities were analyzed.The results show that the surface quality of the contact will be deteriorated if the riveted assemblies are cleaned by polishing process;and cleaning with organic solvent is more suitable for riveted assemblies,with relatively smooth contact surface and lower content of impurities on the surface.Key words:in-die riveting;riveted assembly;cleaning;surface quality引言低压触头铆接组件是电器中的关键零件，通常适用于中小电流应用条件，对电器的性能起着至关重要的作用。长期以来，无论是电器厂商，还是触头材料制造商，都对触头组件的质量极为关注。衡量触头组件质量的主要指标有尺寸公差、铆接强度、表面质量等，其中表面质量除了常规的外观质量，还包括表面形貌特征及表面杂质的控制，因为这直接影响着电器的接触电阻，进而影响电器的使用寿命。触头铆接组件的触桥形状往往相对复杂，动触头触桥尺寸既薄又小，易出现变形。以往，受制于模具技术及相应自动化设备水平，铆接组件的制造通常以手工生产为主，将触桥与触头（铆钉）分别加工后，在小型的压力机上进行手工铆接。为了避免后续处理对产品形状的影响或引入其他物质影响产品表面质量，通常会对手工铆接过程做严格控制，避免引入其他物质，使产品表面保持洁净，从而避免引入清洗工艺，即手工铆接后的产品通常直接成为成品，装入电器中使用。铆钉表面质量主要依靠铆钉清洗工艺及铆接加工过程洁净度进行管控。事实上，铆接过程中，模具在铆钉表面会造成不可避免的加工痕迹，使铆钉原有的表面质量发生变化；而铆接过程中也不可能做到非常好的清洁控制，所以触头组件质量的稳定性并不好。作者简介：蒋德志（1980-），男（汉族），广西桂林人，高级工程师，主要从事低压触头材料研究及生产工艺管理工作。收稿日期：2022-10-2114电工材料 2023 No.1蒋德志等：低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究随着自动化技术、模具技术的发展，以及手工铆接人工成本的增加，使得各企业逐渐发展了模内铆接、转盘自动铆接技术，特别是模内铆接技术的应用，大幅降低了生产成本，提高了生产效率。但同时，也对清洗工艺提出了挑战，如何在确保铆接组件不变形的情况下，通过清洗改善触头表面质量，是行业技术发展的必然需求。传统的清洗工艺主要是采用滚抛方式进行光亮清洗，所用设备通常为倾斜式的滚抛机或离心式研磨机。清洗时，将产品置于滚抛桶中，加入适量的磨料，并加入经特殊配置的光亮剂，对产品进行机械抛光处理。由于模内铆接技术的发展，铆接组件去油清洗步骤被引入制造流程，去油清洗与光亮处理相结合，解决铆接组件铆接后表面质量问题。本研究通过采用不同清洗工艺对铆接组件进行清洗，并结合采用不同去油剂清洗铆接组件，分析了各工艺对产品表面形貌及表面杂质元素分布的影响，为找到适合铆接组件的清洗工艺方案提供参考。1研究方案研究选取的铆接组件，触头为应用广泛的AgNi(10)/Cu铆钉，经铆接后，触头表面加工成锯齿状（如图1所示），触桥材质为钢表面镀铜。表 1为研究选取的对比方案。AgNi(10)/Cu铆钉所采用的清洗工艺流程为常规清洗工艺，即铆钉去油清洗后进行机械抛光处理。为了研究铆接组件清洗后的质量，对比了不同去油清洗剂清洗后对表面质量的影响及去油清洗与抛光处理相结合的清洗工艺对铆接组件表面质量的影响。采用光学显微镜与电子扫描电镜(SED、BED)对比不同工艺清洗后触头表面形貌；采用X荧光分析仪与能谱分析仪分析触头表面元素。2研究结果及分析2.1清洗工艺对表面形貌的影响图 2 为采用不同方式观察的原始铆钉表面形貌，图36为不同工艺清洗后的表面形貌。铆钉原始表面形貌（图2）与组件经抛光后的表面形貌（图4、图6）都表明，经抛光处理后，在触头表面会留下明显的抛光痕迹，呈现出表面比较粗糙的形貌；未经抛光的组件，其触头表面相对平滑。触头表面的形貌直接影响着电器中的接触电阻，而触头的接触电阻是衡量电触头性能的基本而重要的技术参数，直接影响电接触系统的可靠性1。触头的接触电阻大，会在电接触时发热多，产生更高的温升和更大的功耗，从而有可能发生早期熔焊或粘结，严重时将导致电接触失效；而影响电触头接触电阻的因素很多，除了接触压力、接触形式以及触头自身的电阻、形状、硬度外，还有触头的表面粗糙度、表面异物及表面膜等2。研究选取的产品，其表面加工成锯齿状，主要目的就是为了改善触头的接触可靠性，降低接触电阻，而经抛光后，表面粗糙度增大，势必影响电器的电接触可靠性。2.2清洗工艺对表面杂质的影响表 2为触头表面 X荧光检测结果。从表 2知，触头表面杂质元素主要为Cu、Fe，而经抛光处理的组件，Cu、Fe含量明显高于未抛光的组件。这是由于抛光时，对产品表面的研磨作用，使产品表面部分材料脱落，形成碎屑，在磨料与产品相互撞击过程中，一些碎屑被再次压入触头表面，也有部分碎屑在冲洗时未能完全冲洗掉，从而再次附着在触头表面。表 3 为触头表面能谱检测分析结果。数据显示，Cu仍然为触头表面的主要杂质元素，受能谱检测特点影响，表面C、O含量较高。比较有机溶剂清洗的两种工艺，即2号、3号样，其表面元素成分与原始铆钉相近，杂质元素含量低于水性溶剂清洗的4号、5号样；但经抛光后的产品表面，C、O元素含量图1铆接组件形状示意图表1研究选取的对比方案编号12345产品名称AgNi(10)/Cu铆钉AgNi(10)铆接组件AgNi(10)铆接组件AgNi(10)铆接组件AgNi(10)铆接组件清洗工艺铆钉常规清洗工艺流程有机溶剂清洗-干燥有机溶剂清洗-抛光处理-干燥水性溶剂清洗-干燥水性溶剂清洗-抛光处理-干燥15电工材料 2023 No.1蒋德志等：低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究图2原始铆钉表面形貌图3有机溶剂清洗后外观图4有机溶剂清洗抛光处理后外观图5水性溶剂清洗后外观图6水性溶剂清洗抛光处理后外观16电工材料 2023 No.1蒋德志等：低压电器用触头铆接组件清洗工艺研究增加，这主要是由于抛光过程还会引入新的有机物质，增大了C、O元素附着在表面的机率。水性溶剂清洗的两种工艺（4 号、5 号）结果显示，触头表面元素分布更复杂，特别是未抛光的表面元素组成中，C含量明显较高，一方面说明水性溶剂去油后，残留的C元素相对高，另一方面也说明水性溶剂去油效果不如有机溶剂。水性溶剂清洗并经抛光后的表面元素组成中，C含量虽然降低，但铜含量明显增加，可见其综合清洗效果并不理想。一些研究表明2,3，电触头表面异物对电接触元件危害极大，轻者接触电阻增大，重者接触失败。在电触头使用性能评价过程中，经常会发生电触头由于表面异物而引起接触电阻偏大、温升高的现象，有的甚至造成电触头早期失效。铜屑做为触头表面主要的异物，其在电弧作用下氧化生成了氧化铜或氧化亚铜，或者在适当的时候生成了铜氧化物和铜盐等，将导致接触电阻升高，影响电器的接触可靠性。可见，在保证铆接组件清洗质量的前提下，应该避免在清洗环节引入抛光过程。3结论（1）模内铆接生产的铆接组件在引入抛光工艺后，会导致触头表面粗糙度劣化，进而可能对接触电阻产生不良影响；（2）采用有机溶剂清洗后，产品表面杂质元素含量低于水性溶剂清洗后的产品表面，更有利于改善铆接组件接触可靠性；（3）铆接组件表面的杂质元素主要为铜，铜的存在会导致接触可靠性降低，因此在铆接组件清洗环节，在保证铆接组件清洗质量的前提下，应避免引入抛光过程；（4）本研究中，采用有机溶剂清洗及干燥后的铆接组件，表面相对光滑，表面杂质元素含量更低，因此采用有机溶剂清洗及干燥工艺更适合应用于铆接组件处理。参考文献：1 刘向军,费鸿俊.电接触的接触电阻研究进展J.上海电气技术,1999(3):3-7.2 柏小平,李国伟,翁桅等.电触头表面状态对接触电阻的影响和改善方法J.电工材料,2013(1):10-15,23.3 李志坚.影响继电器触点接触电阻的另一类原因铜屑J.江苏电器,2005(1):37-42.表3触头表面能谱检测分析结果 （质量分数，%）编号12345Ag80.6280.3377.7064.4871.92Ni9.799.719.948.888.48Cu1.731.731.492.276.26Fe0.640.96Si0.450.340.350.450.44C4.344.616.6517.966.91O3.063.273.535.035.03Mg0.33Al0.29表2触头表面X荧光检测结果 （质量分数，%）编号12345Ag87.80386.71885.69487.80587.112Ni11.1812.05211.74811.20610.984Cu0.5820.5681.1600.4381.186Fe0.1620.3680.9860.4520.582Gd0.193Nd0.0570.0970.051Os0.0520.0220.1720.032Po0.0630.065Cr0.0780.0570.0490.0670.060Se0.0230.0220.0290.025参考文献：1 新产品信息.新型框架式断路器J.低压电器,2004(1):59-62.2 黄永红.低压电器M.北京:化学工业出版社,2007:51-56.3 李玉桐