1、1o一、有关金属所一、有关金属所o二、螺旋弹簧触二、螺旋弹簧触o三、螺旋弹簧触指发展三、螺旋弹簧触指发展o四、螺旋弹簧触指特点四、螺旋弹簧触指特点o五、螺旋弹簧触指应用五、螺旋弹簧触指应用o六、弹簧触指所用材料六、弹簧触指所用材料o七、产品设计因素七、产品设计因素o八、螺旋弹簧触指生产八、螺旋弹簧触指生产1、所情介绍o中国科学院金属研究所成立于1953年。o金属研究所已经发展成为我国享誉海内外的材料科学与工程研究重要的研究基地。o改革开放以来，金属研究所集全所整体优势，完成了大量高难度的科研任务。o 中科院金属所作为科学院的技术科学类研究所，目前横向开发生产年产值近一亿元。一、有关金属所一、有
2、关金属所金属所俯视图质量体系：o2000年11月通过了中国新时代质量体系认证中心的现场审核，获得了GB/T19001-1994、GB/T19002-1994质量体系认证证书。o2002年开始宣贯GB/T19001-2000 idt ISO9001：2000质量管理体系 要求标准，于2003年3月1日起按新版标准运行。o2003年9月5日顺利通过中国新时代质量体系认证中心的现场审核，获得了GB/T19001-2000标准质量管理体系认证证书。质量体系认证书、组织机构中国科学院金属研究 研究系统支撑系统管理系统研究系统研究系统分为四部分o沈阳先进材料研究发展中心沈阳先进材料研究发展中心o材料环境腐
3、蚀研究中心o沈阳材料科学国家实验室o金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳先进材料研究发展中心 高温合金研究部 钛合金研究部 特殊环境材料研究部 精密管材研究部 材料特种制备与加工研究部 材料表面工程研究部 专用材料与器件研究部 技术支撑部 支撑系统支撑系统o分析测试部o学报信息部o研究生部分析测试部分析测试部是材料研究的保障。下设：化学分析力学性能结构分析金相检验气体分析无损检测等部门主要从事金属材料、无机成分分析和和测试。所分析的数据具有法律效力和仲裁分析能力所分析的数据具有法律效力和仲裁分析能力。化学分析报告力学硬度测试报告二、弹簧触指结构二、弹簧触指结构弹簧经压扁形成斜圈弹簧，弹簧经压扁形成
4、斜圈弹簧，截面为椭圆，弹簧的末端焊接截面为椭圆，弹簧的末端焊接后形成弹簧圈环，我们将其称后形成弹簧圈环，我们将其称之为弹簧触指或螺旋触指之为弹簧触指或螺旋触指。技术要求仅允许在该范围内焊接。2*弹簧末端垂直剪切并对焊；焊口平滑。3*导电接触面不可有损伤。4*所有表面不应有任何的杂质、氧化、脱落和损伤。5*表面镀银层厚度为：20-45由于弹簧线圈是倾斜的，所以当受到压力时，可产生弹性变形。斜圈自由态 加载变形态o 通过实际装配图可以看出，由于弹簧触指的压缩变形将触头柱和触头套紧密连接在一起。实际装配图 三、螺旋弹簧触指发展三、螺旋弹簧触指发展o螺旋弹簧触指结构形式是由ABB公司最先应用于开关行业
5、。o上世纪90年代末中国科学院金属研究所与高压开关厂合作开始研究螺旋弹簧触指结构。o2000年沈高开始试用，2003年获ABB公司认可，取代进口产品，应用于三峡输变电工程。o中国科学院金属研究所是国内最早研制生产弹簧触指的厂家，2005年已获国家发明专利发明专利。o2006年5月向西安西开高压有限公司提供12件138P11样品供进行实验，同年形成供货。o2007年已有多家开始使用这一结构。o由于螺旋弹簧触指结构形式使组装和拆装工作更加简单，同时占用空间小，寿命长，免维护。因此在未来的几年里该结构形式将得到迅速发展。发明专利四、螺旋弹簧触指特点四、螺旋弹簧触指特点螺旋弹簧触指具有以下特点：o1、
6、结构简单、体积小、用料少、成本低；满足器件设计上空间o小尺寸的要求，适用于紧凑形设计；最少的部件数量，简化了连接器件的设计。o2、多点接触、高集中力可实现几乎无损耗接触。保证了较大的载流量；导电电性好、电动及热稳定性高。o3、每个接触点的接触压力不高，其镀银层在分合闸操作时具有良好的耐磨性。o4、独特的结构使其具备宽余的工作范围；允许在接合面出现较大的公差；对加工误差和装配误差有较大的适应性，更适合大规模生产。五、螺旋弹簧触指应用五、螺旋弹簧触指应用o1、高中压开关、高中压开关o2、母线连接件、母线连接件o3、高电流连接件、高电流连接件o4、固封极柱、固封极柱 o5、高压电缆尾端件、高压电缆尾
7、端件o6、熔断器连接件、熔断器连接件 o7、机械电子应用、机械电子应用o中国科学院金属研究所的弹簧触指已用于ZF15-550/4000-63型GIS，断路器采用螺旋弹簧触指和自力型触头。温升试验在1.2倍额定电流下通过考核，实现额定电流实现额定电流4000A，完成实，完成实验测试电流验测试电流4800A。耐受电流。耐受电流63000A，时间，时间3s。六、弹簧触指所用材料六、弹簧触指所用材料o弹簧触指主要用于高压开关电接触方面，目前国内市场提供的产 品从材料讲可分为三种：高高导铍青铜导铍青铜CuCo2Be（C17500），高强高强铍青铜CuBe2（C17200），铬锆铜CrZrCu（C1815
8、0）。o国外以ABB公司为代表，国内以中科院金属研究所为代表选用高导铍青铜高导铍青铜CuCo2B（C17500）。o国内有些厂家选用高强铍青铜CuBe2（C17200）生产弹簧触指。o美国一厂家选用铬锆铜CrZrCu（C18150）。下面就三种材料的特点进行阐述（见表）：材料 合金含量 导电率%IACS 硬度HV抗拉强度/MPa 软化温度 工作温度 铍钴铜铍钴铜CuCo2BeC17500 Co:2.0-2.8Be:0.4-0.7 58-62 200-290 750-970 650 180 高铍铜CuBe2C17200 Be:1.8-2.218-24 337-415 1100-1580 700
9、180 铬锆铜CrZrCuC18150 Cr:0.5-1.2Zr:0.03-0.25 75-80 143-160 400-500 600 150 从表中不难看出CuCo2Beo高导铍青铜高导铍青铜CuCo2Be（C17500）具有较高的强度，良好的导电性，较高的工作温度。o因此将这种材料用于工作时要求热稳定性高、导电性好、回弹性高的部件。所以它是螺旋弹簧触指最佳选用材料。oABB公司最终选择这种材料是必然的。o通过弹簧丝径及弹簧圈匝数的设定，这种材料的弹簧触指已应用于3.5kv-100kv高压开关产品线。CuBe2o高强高强铍青铜CuBe2（C17200）具有高强度、高耐热性，但电导率偏低，在
10、高电压等级大电流开关上很难使用。在550高压产品试验中温升过高，有烧蚀发生，试验不过。CrZrCuo铬锆铜CrZrCu（C18150）具有优良的导电性、但强度偏低，耐热性不如上述两种材料。作为弹性弹性回复性要求好、热稳定性要求高的材料有些欠缺。它更适用于触头等电极材料和连接块导体（不需要弹性）。由于材料偏软，对于弹簧单匝直径及弹簧触指直径而言，在设计上受到限制，尺寸大了，使用中很容易变形。小结小结:o.弹簧触指首先它是弹簧，其次它又是导体。高导铍青铜弹簧触指首先它是弹簧，其次它又是导体。高导铍青铜CuCo2Be（C17500）制作的弹）制作的弹簧触指满足了这两点要求。簧触指满足了这两点要求。o
11、2.高强铍青铜高强铍青铜CuBe2（C17200）弹性满足要求，导电性不满足要求。）弹性满足要求，导电性不满足要求。o3.铬锆铜铬锆铜CrZrCu（C18150）导电性满足要求，强度和弹性不满足要求。）导电性满足要求，强度和弹性不满足要求。七、产品设计因素七、产品设计因素o产品设计应考虑如下几个因素：、开槽设计V型槽 矩型槽2、弹簧触指匝数、丝径等参数设计o不同的开关产品有不同的额定电流如：4000A、3150 A、2500 A、2000 A、1250 A、630 A等等。o根据这些来选择弹簧触指参数。高导高导铍青铜CuCo2Be（C17500）导流参数：o弹簧触指丝直径o1.5，通电流量34
12、.7A/匝，设计额定电流29 A/匝。o1.3，通电流量25.7A/匝，设计额定电流21.5A/匝。o1.2，通电流量22.1A/匝，设计额定电流18.5A/匝。o1.0，通电流量15.3A/匝，设计额定电流12.8A/匝。o0.8，通电流量9.8A/匝，设计额定电流8.2A/匝。3、弹簧触指数量o实际经验看，选用两组（含两组）以上更为合理。两组以上由于接触点的增多，更有利于充分接触，降低接触电阻，减小温升；同时对于动连接有利于导向。弹簧触指参数设计更为灵活。导套导杆弹簧触指4、弹簧触指应力的选择o弹簧触指应力的大小除与弹簧丝直径有关外，和弹簧的倾斜角度及弹簧触指变形量有关，角越大变形抗力越大
13、，反之减小角可有效降低变形力。压扁后角度图 高导高导铍青铜CuCo2Be（C17500）三个实施例:o 丝径=1.5mm，=56，应力-应变曲线如下图所示。三个典型的应变-应力值：应变（应变（mm）.81.11.7应力应力(N)15.018.024.0o 丝径=1.2mm，=57，应力-应变曲线如下图所示。三个典型的应变-应力值：X应力（N)应变（应变（mm）.81.11.7应力应力(N)10.012.015.6o 丝径=1.0 mm，=63，应力-应变曲线如下图所示。三个典型的应变-应力值：应变（应变（mm）.81.11.7应力应力(N)7.08.511.2o对于动连接而言，在保证弹簧触指与
14、导体、导套充分接触的情况下，弹簧触指的应力越小越好。o而对于静连接，可适当增加应力，以进一步降低接触电阻。5、设计应用o产品：ZF550/Y4000-63GIS 选用1.5弹簧丝，匝数138，实现额定电流4000A，完成实验测试电流4800A。耐受电流63000A，时间3s。导柱、导套设计如图：o产品：ZF-126/Y3150-50GIS选用1.2弹簧丝，匝数97，双结构，可实现额定电流3500A，可完成实验测试电流4200A，耐受电流56000A，时间3s。导柱、导套设计如图：o产品：C-GIS(1250-31.5)选用1.0弹簧丝，匝数65，3结构，可实现额定电流2490A，可完成实验测试
15、电流2995A，耐受电流39500A，时间3s。导柱、导套设计如图：八、螺旋弹簧触指生产八、螺旋弹簧触指生产o弹簧触指生产流程：合金冶炼铸锭合金冶炼铸锭扎制拉拔绕簧焊接焊接定型处理定型处理检查成品定 尺o弹簧触指生产关键工序是：合金冶炼铸锭、焊接和定型处理。o我们利用液态模锻工艺铸锭，铸锭致密无疏松，晶粒细化，为制备出好的线材奠定了基础。o焊接点好是产品质量的保证，我们利用特殊工艺实施焊接，焊接处为枣核状，焊缝坚固。o定型处理控制好是弹簧弹性及强度的保证。生产设备及能力设备：o中频冶炼炉：三台o液压机（315吨）：三台o真空处理炉：三台o车床：四台o氩弧焊机：三台生产能力：o现有设备生产能力为：40万件/年。o目前人员配备生产能力为：10万件/年谢谢！45
