电器制造工艺特点与材料 (1)

电器制造工艺特点与材料

1、电器制造的特点和要求

电器制造基本属于机械制造的范畴，但也有它本身的特点。第一，电器制造的总体结构是由金属材料制造的机械结构，用以完成支撑、传动、储能等机械动作，以达到电器分断的目的。第二，电器零部件的加工方法主要是采用冷冲压、机械切削加工和热处理等通用机械加工工艺。这是与机械行业本身基本相同的制造范畴。

但是，电气制造业有其独特的特点，主要有以下几点：

1.）工艺涉及面极广。电器制造，尤其是开关制造因其电器性能的要求，设计了多种不同的制造工艺：如冷冲压工艺、塑料压制工艺、绝缘处理工艺、电阻焊接工艺、电器元件热处理工艺、弹簧制造工艺、电镀工艺。当然还包括机加工工艺等工艺。涉及面极广，这就使得电器制造工艺有许多与普通机械工艺不同的特点。有些特殊工艺如果减少，在外观上无法发现，如：双金属稳定处理工艺，不进行这些复杂的工艺，可大大降低成本，但产品会有严重的隐患。

2.）工艺装备多。工艺装备时指除机加工之外，所有的工、量、卡具和模具。在开关制造中，冲压模具是最主要的工艺装备，约占整个工艺装备数量的50%~80%。电器制造都是大批制造。一般来说，工艺装备越多，产品质量越稳定而生产效率越高。

3.）材料的品种、规格繁多。在电器制造中，采用的材料品种规格可达数千种。电器对材料性能有多方面的要求。有些材料不仅要有良好的机械性能，还需要有良好的导磁、导电、导热性能，对另外一些材料又要求有很高的绝缘强度和耐导弧性能，另外还对材料提出了耐磨、耐化学、耐腐蚀等苛刻的要求，当然，所有的材料都要求有良好的工艺性。

4. ）制造精度高。低压电器在工作过程中，不仅有简单的机械运动。同时还有一系列的电、热、磁能的能量转换。因此，对于电器零件，不仅要求有尺寸、几何形状和位置的精度，还要考虑零件及零件材料的导电、导热、导磁、灭弧、绝缘等性能对产品特性的影响。零部件的精度等级必须满足产品技术参数的要求。如：触头压力、接触电阻、动作参数、动作时间、温升等。

此外，对影响产品电磁特性的零件相互位置、几何形状、精度以及热处理规范也有着很高的要求。有些零部件在常温常态下没有问题，但是一但通电，改变了常温常态在电场、电磁场、高温的状态下，会产生很大变化。会严重影响技术参数。如弹簧、常温下压力正常，高温下可能退火变软，压力迅速减小，引发电器故障。再如绝缘材料，如果因潮湿导致绝缘性能大幅下降，有可能引起开关相间短路而爆炸。

制造精度如何，仅从电器外观上是看不出来的，劣质产品的外观有时甚至比质量好的还漂亮，但对于用户来说选购了这种产品就等于选择了事故隐患。

5 ）材料：

在电气材料中，除了大量采用黑色金属，有色金属外，还大量采用了贵重、稀有金属。如：银、镍、铂、铬和磷青铜、铍青铜、镍铬铁、铁铬铝，双金属等合金材料，在塑料、绝缘材料中，也广泛使用了聚四氟乙烯、DMC（玻璃纤维增强塑料）、聚酰胺（尼龙）、三聚氰胺等高绝缘强度和耐磨、耐电弧材料。

这些大量的贵重、有色金属、绝缘材料其价格都很高，近年来又连年提高价格。他们在产品成本中一般要占70%~80%。有些非正规生产厂家，之所以产品价格很低而还可以拿到利润，就是在这些内容上作了手脚。

A、金属材料

1.黑色金属：主要指钢板、圆钢类、钢丝类材料

用途：黑色金属是组成开关电器的主要材料，其制品负责满足电器动作、传动、支撑的要求。也有少量要满足电器的电性能要求（如弧角、栅片）。

质量：板类材料主要对材料的材质、厚度、表面质量有要求。如：常用的Q235（A3)钢板，要求材料保证机械性能指标（不保证化学成分），材料厚度要在国标允差范围之内，例如厚度为1mm的钢板（冷）允差为±0.07mm。再如钢丝类材料，要求具有准确的外径，具有均匀的材质和良好的热处理性能等。弹簧对开关的重要性使大家都知道的。

B、有色金属：主要指铜及铜合金材料。它们具有高导电性、足够的机械强度、不易氧化、不易腐蚀、易

加工、易焊接的特性。

用途：主要用于制造开关电器中构成电器通道的主回路中的相关零部件。是电器质量水平的标志，近年来材料价格成倍翻番，。所以，有色金属在电器成本构成中占有最重的比例。1、体积电阻率：在电场作用下，体积为1m3正方体的塑料相对二面间体积对泄漏电流所产生的电阻。常用符号ρ，单位为Ω. m。过去常用Ω.cm作为体积电阻率的单位，换算关系为1Ω. m=100Ω.cm。体积电阻率越高，绝缘性能越好。

2、表面电阻率：在电场作用下，表面积为1m2正方形的塑料相对二边间表面对泄漏电流所产生的电阻。常用符号ρs，单位为Ω.cm。表面电阻率越高，绝缘性能越好。

铜材料及其物理性能

银触头及其含量

BKZ45-63软联结线径规格

a．纯铜——我公司常用普通2号纯铜（GB466）即T2,含铜量不小于99.9%（含氧量小于0.06%），硬度（HB）80~120导热系数0.923

b．锰黄铜——制造开关电器中热元件材料，导电率35%IACS硬度（HB）200

c．锡青铜——制造开关电器中热元件材料，导电率10~25%IACS硬度（HB）200~250

质量：主要对材质、材料截面积、外形尺寸及表面质量有要求。由于铜及铜合金使用量大，价格高，目前国内市场上鱼龙混杂，尤其是一些小单位生产的材料不但截面积严重不足（俗称“亏方”）而且材料中会含有大量的杂质，这些杂质的渗入，会严重影响铜材的导电率。如含磷杂质对材料导电性能影响最显著，再如铅和铋能显著增加材料的脆性。另外，铜材料的加工工艺也可以引起材质变化。如：冷拉、冷轧加工

会引起冷作硬化，使材料导电率降低。所以，控制铜及铜合金材料的质量对于产品的质量保证意义重大。我公司一般只使用如天津铜厂等国家大型企业生产的有色金属材料，有力的保证了材料的质量。

C、电触头材料

用途：电触头材料在电器制造中占有重要的地位，在开关电器中承担接通、载流、分断和隔离任务，要求抗电腐蚀、抗电磨损、抗机械磨损、抗熔焊，同时还要求导电性能高，接触电阻低，易焊接和使用寿命长。

我公司常用的触头有银钨、银碳化钨（塑壳），银石墨、银镍（框架），银氧化隔（小型断路器）

质量：由于生产电触头利润很高，国内有许多生产厂家，规格非常混乱，许多厂还在沿用古老的烧结法生产电触头，其成分不明不白，市面上也出现了许多“铜镀银、铜复合银层、银包铜”等假冒伪劣的所谓电触头。国内有些电器生产厂，甚至包括一些具有一定规模的厂家以电触头分类。将产品分为“高”“中”“低”档。它们的产品严重的扰乱了市场秩序。这些电触头引起的电器事故频发，危害了用户的利益。我公司一般只使用如上海电工合金厂、上海电研所合金所等国家大型企业生产的电触头材料，有力的保证了触头材料的质量。

D、热双金属材料——主要用于开关的电器感温元件

用途：热双金属层是一种复合金属，一般用两层或多层具有不同膨胀系数的金属或合金，采用热轧复合或冷轧复合的方法，使之结合在一起。双金属材料的主要性能指标有：比弯曲、温曲率以及双金属层结合强度等。我公司常用的有5J11、5J16、5J18、5J23、5J24等等。

质量：由于在开关电器中，感温元件一般是条状材料并采用悬臂梁结构安装和作用，所以对于材料的弯曲特性和灵敏度要求较高，尤其是零件自由端的挠度值。所以在入厂检验时，公司质检部门只对比弯曲和电阻率进行检查，而不检测各金属层的组元成分。

双金属材料的关键在于热处理，未经良好稳定处理的双金属层材料只能使产品丧失热过载保护功能。

市面上许多外观漂亮、价格低廉的断路器使用的双金属片材质，材料成分不明，制件在加工中也不能进行严格的工艺处理，使用这样双金属片的开关在过载保护过程中性能极不稳定，在标准规定的要求下，断路器不能脱扣或早脱扣，当然不能指望这样的产品起到保护作用。

E、电阻合金材料——主要用于开关电器的限流线圈、发热元件。

在BKM1系列32A以下的开关底部、BKM2 系列32A以下的灭弧室两侧，可以看到的金属条状物是开关的限流线圈。

用途：由于小安培开关采用的是直热式延时脱扣器，即电流流过双金属元件，为防止短路电流到来时烧断高电阻率的双金属元件，一般要加装限流元件来限制短路电流。

质量：电阻合金材料要求电阻率长期稳定和降低的电阻温度系数。

不知出于成本考虑还是其他原因，市场上有的产品去消了阻流线圈，而直接采用直热式脱扣器。这会严重影响产品的短路保护功能，降低产品质量。

F、塑料

我公司现在基本上自己不再制造塑料制品，采用外协方式解决。塑料零部件也是开关电器中的重要部分，主要用于各种外壳、牵引杆、手柄、连接件、绝缘件等等。

质量：我公司使用的塑料制品分为热固性和热塑性塑料。外壳类、绝缘件类一般是由热固性塑料制造，而手柄、牵引杆、连接件、传动件等通常是采用热塑性塑料。

不论哪一种，对电器用塑料的要求是一致的，即电器绝缘性能高、耐腐蚀性能好，、具有优良的加工性能、耐温、不灼烧等。我公司主要使用的材料有DMC玻璃纤维不饱和聚酯料团（塑料外壳）、PBD聚对笨甲酸丁脂（手柄、牵引杆）聚酰胺尼龙6（小型断路器外壳），三聚氰胺玻璃塑料（灭弧、绝缘类零件）、聚酰亚胺（耐高温的触头护罩、隔弧件）等市场上各种塑料外壳及制品良萎不齐，什么材料的都有，当然成本也完全不同。