电器元件设计（低压电器元件十大工艺之）

一： 制造设备及工艺流程

采用冷绕，凸轮式绕簧机进行绕制，有网带退火炉，上下端面磨簧机，喷丸机，立定压紧拍合装置，测试力值相关设备等。

主要工序如下：

调机--卷簧（即绕制)--低温回火--端部加工--回火---机械强化(喷丸，立定处理)—检验-- 表面防腐处理等

调机一般需要2-6小时，新品时间更长，需要解决刀口，回弹，力值回测以及客户图纸理论计算的校核。

弹簧机 端面磨 连续网带退火炉

二： 弹簧材料方面

弹簧材料的种类国家标准（GB1239_所列大致可以分为四大类：

碳素弹簧钢丝

合金弹簧钢丝

弹簧用不锈钢丝

青铜线片

按交货状态金属弹簧材料可分为两大类:

一类是在预淬火钢丝，绕制成型后不淬火,只进行消除内应力的回火处理。电器产品中所用弹簧材料主要是这一类,一般是冷绕弹簧.

另一类是热轧材及在成材后以退火或高温状态供货的丝材或带材。这种材料在弹簧成型后需要进行淬火、回火处理，一般大型热绕弹簧。

某供应商处主要是冷卷用料，如下方：

82B(T7A类材质，D级) ; 304H（不锈钢）, 55CrSi（高应力类小直径）;

经过交谈了解和查询资料，钢丝的各自应用场合有：

碳素弹簧钢丝，主要是65#, 65Mn ( 72A/82B) 等

这类材料可在 – 40～120℃条件下正常工作，其性能特点是强度高，性能好，价格便宜，易于生产和加工。适合做小弹簧，选材时线径不受限制。

合金弹簧钢丝,主要是 60Si2Mn 等

这种材料由于在钢中加入了硅、锰元素，从而提高了强度、淬透性及回火稳定性。其主要性能特点是强度高、耐冲击。适于制造各种重要弹簧。设计选材时，线径受限制，线径须大于直径φ2-3以上，可耐受约200℃高温下工作。

弹簧用不锈钢丝

材质冶金部标准YB(T)11；设计时线径不受限制，可耐约300℃高温下工作。

材质方面小结：

1. 使用温度问题：

结合电器产品使用场合要求，触头弹簧是工作在高温情况下的，优选不锈钢和合金钢丝，不锈钢价格较贵，国产的是碳素钢丝的3倍，进口是国产的3倍左右；合金钢丝60Si2Mn市场上，难以买到线径2或3以下的；此时供应商介绍了55CrSi；含Si的成分提升了耐温度，目前已经转技术质量，可做验证；

2. 材质与力值稳定性问题

供应商介绍进口材质是比国产材质稳定的，可以结合热处理，收窄力值限度；

结合电器产品，如脱扣器扭簧，是±20%误差，拉簧压簧是±10%误差，在需较高控制范围，可以选用进口钢丝；

3. 材质与弹簧寿命问题：

材质的冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析等会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹，对寿命，力值等都有影响。

4. 小弹簧优选不锈钢丝制造

减少表面处理以及镀锌后的驱氢工序等。

三： 弹簧热处理工艺

经了解，验看弹簧厂的回火工艺；如下：

对比理论回火数据：

碳素弹簧钢丝及琴钢丝的回火温度一般在250℃(300℃之间。钢丝直径较小时，要用较低的温度及较少的保温时间，规范见下表

油淬火回火合金弹簧钢丝冷卷成弹簧后也要进行消除应力的回火规范

奥氏体不锈钢钢丝的强度取决于拉拔时减面率的大小。钢丝直径愈小，拉拔次数愈多，强度就愈高。

弹簧回火热处理方面小结：

1. 目前国内市场进口奥氏体不锈钢丝较多在确定回火规范时要根据具体情况而区别。如日本进口的SUB-304钢丝用350℃回火为宜；瑞典的177PH,用380℃回火温度适合。国产奥氏体不锈钢丝的回火温度低于340℃，线径在1mm以下的小线径钢丝其回火温度应在280-310℃之间
2. 回火温度需要综合力值，材质，寿命，装箱体量以及线径大小选择回火温度，经验与实践性很强，需有摸索过程。

四: 弹簧的机械强化处理，提升寿命，稳定性的处理措施

1. 强压立定 处理

强压处理是降低弹簧应力衰减的措施，包括强压、强拉和强扭。对于工作应力较大,比较重要及节距较大的压缩弹簧

强压处理就是将弹簧成品用机械的方法,从自由状态强制压缩到最大工作载荷高度(或压并高度)3～5次,使金属表面层产生塑性变形,从而得到与弹簧工作应力相反的应力。（这样使弹簧在工作时,应力危险点从金属丝表面移到内部,从而达到提高弹簧材料弹性极限的目的。

结合低压元器件如：手操机构中的主弹簧，其储能后长期压并状态，其力值会衰减降低，超过一定值，会使得机构合闸输出的力和速度降低，造成假合闸风险；故厂家建议我们立定处理，重要弹簧图纸上需要注明要求，衰减允许值；

2. 喷丸处理

喷丸处理是提高机械零件疲劳寿命的有效方法之一,在弹簧制造中应用较广。喷丸处理就是用高速小弹丸轰击弹簧表面,使其形成一定厚度的表面强化层。强化层内形成较高的应力。减少材质微小裂纹的产生速度，提升弹簧的寿命；

重要弹簧及寿命高的弹簧需要做喷丸处理。立定与喷丸处理，供应商处都可以进行加工。

五: 弹簧的表面防腐处理

目前常用有三种方法:电镀、氧化和涂漆。

1. 电镀

镀锌的特点是成本低,工艺简便,效果较好。但也有缺点；弹簧镀锌后要经过钝化和去氢处理,提高防腐能力和避免氢脆（低温下断裂）。特别是小弹簧更易发生氢脆;在酸冼和电镀时一定要特别汪意。

除氢处理是在电镀后，立即或者在几小时之内进行。将电镀后的弹簧在200~215°C的温度中，加热1~2h（或2h以上,如果时间过长容易产生铬脆），即可达到除氢的目的。

2. 氧化处理

弹簧的表面氧化处理也称发兰和发黑处理，只能用于在腐蚀性不强的介质中工作的弹簧防腐。

3. 达克罗表面处理

严酷使用环境，防止低温脆断，以及要求高寿命弹簧，表面处理不能接触到酸液，此时可选达克罗表面处置方案。

六：弹簧的检验与质量控制

现场与供应商讨论了弹簧的检测步骤与控制要点，主要有：

1. 弹簧材料的检验

包括外观、几何尺寸检验和理化试验两大部分。

外观及几何尺寸检验

检验人员首先根据有关国际标准对材料的直径、表面缺陷等等。

弹簧材料的理化检验

进行对材料抽样进行力学性能试验和化学成分分析试验。确定是否符合国际标准要求，以确定其弹簧的生产工艺。

力学性能试验包括三项：抗拉强度试验、扭转次数试验和弯折次数试验。

化学成分分析试验就是对材料组织成分进行定量分析。

2. 生产工艺过程中的检验

内容主要是有首件检验、中间抽检、序间检验及完工检验。

首件检验

中间抽检为确保弹簧在生产中质量的稳定，发现问题及时修正。

序间检验

完工检验及包装检验

3. 用户特定检测项目

力值衰减测试

探伤

疲劳冲击试验

寿命测试

七：弹簧各设计要点（供参考）

设计时需要考虑尽量多的圈数,减少单圈的伸长量.拉伸弹簧不能超过原长的2倍,扭转角不能超过90°并且是正扭转受力，需核算极限值范围。

不同线径的同质钢丝，其剪切模量有差异，精密弹簧需要对应代入计算。

考虑弹簧材料的各耐温范围限制。

直径小于0.5弹簧允许不磨削端面。

镀锌，铬，镉表面后需要及时驱氢工艺处理。

有工作极限负荷要求的压缩，拉伸，扭转弹簧不允许有永久变形。

喷丸，立定处理要求应标注在图纸上。

扭簧的制造精度小于拉簧，拉簧的制造精度小于压簧，故可考虑转变结构方案。如：行业中的断路器瞬动弹簧，有产品已经使用拉簧来代替原扭簧设计。

碳素钢丝，不锈钢丝直径不受限制，高应力弹簧（硅锰类）有限制。

弹簧的尺寸设计要合理，旋绕比需合适。挂钩的弯折处R要尽可能大些。

,