作者：文德林

单位：桂林特邦新材料有限公司

来源：《金属加工（冷加工）》2019年第 1 期

在真空铜铬触头材料中，CuCr25、CuCr50（我国主要采用）常被用于真空断路器中，该CuCr材料各组元因以假合金形式存在，保持了Cu、Cr各自的优异性能。如Cu具有较低的熔点、高传导性及良好的塑性，有利于于提高在真空中开断能力；而Cr具有较高熔点、机械强度和截流值，确保具有良好的耐压、抗烧蚀 、抗熔焊和低截流之特性。CuCr触头材料应用也越来越广泛，但其制造工艺要求越来越精细、严格。

1.原工艺存在问题

在真空铜铬触头材料中，成型方法主要有：固相烧结法、电弧熔炼法、真空溶铸法和真空熔渗法等。铜铬触头主要根据客户需求选择以上合适的成型方法成型粗坯，后经过机加工，如车、铣、钳工等工序获取成品。

如图1所示，触头要求表面洁净、无氧化、油污、手印和锈点等刀痕现象，同时工件应保证零件无变形、掉块、气孔、砂眼和夹杂等，但在实际CuCr触头制造过程中，工件表面经常出现油污、掉块和黄斑等现象，刀具磨损严重，使用寿命较短，导致被加工零件表面粗糙，不符合图样技术要求。

目前本公司CuCr触头按形状主要分为两类：开槽型触头和非开槽型触头。

如图2所示，CuCr25采用固相烧结方法获取粗坯，触头车削加工后，需经铣加工开槽等工序完成。为了提高工作效率，现常采用湿切削法，工艺现为：配料→压制成型→真空烧结→复压→精车（外径、端面加工量分别为1mm、0.5mm）→开槽→钳工（去毛刺、抛光、清洗、烘干）→检测→包装（塑料袋真空包装）→发货。

如图3所示，CuCr45为非开槽型触头。其中精车工序必须为干切削(改善后)，毛坯料采用电弧熔炼法（本公司采用德国进口设备），其制造工艺：成型（电弧熔炼）→粗车→锯切→热处理→粗车（外径、端面留量分别为1mm、0.5mm）→精车→检测→包装（塑料袋真空包装）→发货。

以上两类触头现场情况如下：

第一类开槽型触头采用湿切削法，加工效率较高，刀具选型现在选用加工Al、Cu、Ti合金类型刀片（均为改善后）；一个刀片（2个刀尖）可加工350件,但表面有水印、油污、表面不干净现象突出，放在空气中易出现黄斑现象，如采用干切削，刀尖粘铜现象严重，工件表面粗糙，刀片使用寿命短，且后续铣工序也必须使用切削液加工，同样会有水印油污、表面不干净现象。

第二类非开槽型触头，加工采用干切削，刀具使用寿命短，一个刀片（2个刀尖）只加工100～120件,再继续加工，触头盘工作表面粗糙，刀尖粘铜现象严重；而采用切削液加工，检测触头盘工作表面，表面粗糙度较好,但表面不能满足表面粗糙度标准，采用SITA洁净度测试仪测试，合格标准要求RFU值≤12，实测任抽检5个，均值为43.7，经后工序超声波清洗，触头工作表面仍不能达到表面粗糙度测试要求。

2.分析问题

针对CuCr触头材料制造工艺出现以上现象，我们对第一类CuCr25材料进行分析。CuCr材料其组元Cu、Cr主要以假合金形式存在，如Cu、Cr合金相中，在1 076℃时，Cu在Cr溶解度为1.28%，而Cr在Cu中溶解度为0.7%，在600℃时，则Cr几乎不溶于Cu，Cu不溶于Cr，这样实际就形成了两相结合假合金混合物。

与此同时，我们对相应触头进行了硬度检测，CuCr25硬度HB70～100(CuCr30、CuCr40、CuCr50硬度分别为HB75～100、78～120、80～120)。根据触头材料软中带硬的假合金特性，加工所选用的刀具刀刃必需具备锋利但又需保证耐磨损这两个特性，即加工Cu保证刀刃锋利以免车削刀尖粘Cu，但Cr又会加剧刀尖磨损。

操作者在加工CuCr触头时，要求必须带胶手套，这样可避免触头表面手印出现。采用切削液加工，提高了工作效率，但工件触头表面油污也由此产生，因此，在车、铣加工后，经钳工工序去除毛刺、抛光触头表面，再通过超声波清洗、烘干获得干净表面。

对于非开槽型触头，采用湿切法加工，触头表面光滑，粗糙度达标，但表面必须经抛光、超声波清洗、烘干等工序，才能达到触头盘表面粗糙度要求，增加了工序和成本；而采用干切削法，只要对刀具刀片选型匹配合理，通过合理的加工参数（F、S、ap）进行调整,现场直接加工达到触头工作面粗糙度要求，加工完后，及时进行检测包装作业，工序衔接紧密，以尽量减少CuCr触头暴露在空气中存放时间，这样可以避免工件氧化导致黄斑出现。

我们又对CuCr触头原材料铬粉进行了跟踪，如附表所示，发现无论是国产的还是从德国进口的，仍有黄斑出现，因铬粉中有少量铁等杂质存在，铁生锈及易氧化金属等杂质是产生黄斑主要内因；另一方面，也跟潮湿的环境有关，潮湿天气加快铁金属等杂质氧化；还有一种情况，在干切削过程中，车削过程导致触头发热，这种发热会导致触头缓慢氧化，这就需要我们严格按制造工艺流程要求执行，如在车切削加工参数中，合理匹配吃刀量（ap）、进给速度（F）、主轴转速（S），避免加工产生巨大热量出现；我们在制造过程中，偶尔发现触头盘表面有黑点现象，但目前产生黑点原因有很多中解释，有的认为与Cr粉粒度及组成有关，Cr粉粒度及组成越少，黑点产生几率就越少，在此，本文不一一分析，目前黑点产生具体原因还需进一步探索！

3.解决方案

根据以上现象及原因分析，首先，在Cu、Cr原材料采购方面，对厂家生产Cu、Cr料纯度及粒度严格检测外，本文这里针对铜铬触头制造加工工艺进行改善。

（1）针对形状带有槽型CuCr类触头进行工艺改进。在刀具选型方面统一选择硬质合金刀片，选择加工对象为车削Cu、Al、Ti合金类型刀片，替代以前选型采用加工有色金属类型刀片，经多次测试，以前选择刀片综合加工效果不佳，刀片耐磨损但只加工少量触头（30件）就出现刀片不锋利现象，现采用KOLOY刀片，如图4所示，型号如CCGX09T304-AK等,采用切削液进行车削加工，车削过程须注意操作细节：操作者装、取零件统一带手套操作，当每个触头精车工序完毕，放入等离子水中浸泡约15～20min，再取出吹掉触头表面的水，晾干放置干净塑料框里，再流入下一道铣削工序。

注意，这里采用硬质合金锯片铣刀开槽、立铣刀倒棱。如CuCr25φ42×6元件加工，设计工装如图5所示，通过程式优化和工装改进，一次同时加工7片（实际根据芯杆有效长度45mm确定加工触头数量），一个班平均加工420件, 与以前相比，提高2.8倍（以前手工操作机床每班150件），现工艺路线：配料→压制成型→复压→真空烧结→精车（外径、端面加工量分别为1mm、0.5mm）→开槽→钳工→检测→包装（塑料袋真空包装）→发货；在工序钳工依次完成去除毛刺、抛光、清洗、烘干等工步，这样有效确保触头表面洁净、无手印、粗糙度等技术要求。

（2）针对形状为非槽型触头，制定工艺路线。工艺路线：成型（电弧熔炼）→粗车→锯切→热处理→粗车（外径、端面留量分别为1mm、0.5mm）→精车→检测→包装（塑料袋真空包装）→发货。

这里值得注意的是，触头坯采用电弧熔炼法成型，毛坯是棒料，故需要粗车，再锯切、粗车，其中第一道粗车工序粗车外圆，便于锯切、后粗车工序以外圆为基准装夹、定位，后粗车作用便于精车准确定位，确保外圆、端面均匀留量，如触头精车外圆加工余量1mm,端面0.5mm（上下端面均留0.25mm），精车CuCr触头有一个非常重要技巧，工件夹位深度精车通常为0.5～1.2mm，以确保在精车第二工序能完整加工元件轮廓，小的加工余量确保在精加工CuCr触头外圆、圆弧、端面时工件不被飞出，这一点非常重要！

同时，在加工外圆、端面准许条件下，我们改用更大刀尖角R0.8mm(原来刀尖角R0.4mm)，尽量一次性完整加工出轮廓，或通过程式修正避免接刀痕出现。采用干式切削必须要求操作人员带口罩、胶手套，精车完毕取工件时，应采用镊子夹取工件，放入干净塑料盆中，注意轻拿轻放及时检测包装，这样有效保证工件表面洁净、无划伤、无手印、无氧化产品质量要求，还有，在精加工触头过程中或存放触头仓库场所应要严格控制室温，避免氧化产生黄斑出现。

4.结语

CuCr合金触头材料成型方法很多，每个公司应根据现有设备及客户需求制定合适的工艺。通过现场问题的跟踪，分析并对症下药，问题得到了解决。目前CuCr25、CuCr30、CuCr40触头也已开发并应用，在此，也希望制造Cr生产厂家及生产触头企业共同努力，通过工艺改进，做更好的触头，满足客户的需要。