一種在銅鋁復合排上制作壓線柱孔的工藝方法

王守輝 劉杰 蘭占軍

摘要：本文涉及在一種新型導體材料銅鋁復合排上制作壓線柱孔的工藝方法，屬于銅鋁復合材料的深加工領域。此種工藝方法不需在銅鋁復合排上直接攻絲，而是用壓鉚“通孔螺柱”的辦法解決母排壓線連接的問題，本文不僅提出了在銅鋁復合排上用壓鉚通孔螺柱代替直接攻絲的方案，而且通過一系列的實驗數(shù)據(jù)證明了此種工藝方法無論在機械性能、電氣性能上都能滿足實際應用和客戶需求，并且在綜合考慮了其機械性能、電氣性能、使用方便性和實際加工中的成本等因素下，此種方案是最為可取的一種工藝方法。

關鍵詞：壓線柱孔;銅鋁復合排;導體; 輕量化;新能源電池

0? 引言

銅鋁復合排即銅包覆鋁的雙金屬導電排，是一種“新型導體材料”，它既具有銅優(yōu)良的導電性能，又兼具鋁密度小的特點，是目前我國重點支持的“戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)”;電氣性能相同的銅包鋁排，其價格只有傳統(tǒng)純銅排的50%左右。在保證質(zhì)量的前提下，可以為企業(yè)產(chǎn)生不俗的效益。以新能源汽車鋰電池來說，過去一個使用純銅排的新能源鋰電池通常重達56公斤，而使用銅鋁復合連接排不僅重量能減輕一半，成本也將減少30%，而新能源汽車關鍵就在于輕量化，這樣一來將可以大大提高電池組的能重比，提升汽車的續(xù)航能力！在廣泛應用銅鋁復合排的同時必須要考慮銅鋁復合排的機械連接性能，因為銅、鋁兩種金屬的特定性能，以及復合材料的特殊性，其后續(xù)深加工較純銅排能相對復雜一些，特別是在銅鋁復合排上進行打孔攻絲時，因為鋁較軟，攻絲后的絲孔對螺釘?shù)膴A持力相對比純銅排較弱一些。

基于上述情況，本司根據(jù)市場實際需求以及生產(chǎn)工藝方法，同時在對客戶供貨的過程中不斷的摸索，總結(jié)出一種在銅鋁復合排上制作壓線柱孔的工藝方法。本工藝方法解決了在各種高、中低壓交、直流設備上的銅鋁復合排的壓線孔的加工問題，要求在滿足使用條件的前提下，制作工藝相對于純銅排來說不論從實施難度、使用便捷性以及經(jīng)濟性等方面均無太大差別。

本文以新能源電池中所用到的3mm薄排導體為例，介紹在這種新型復合材料上制做壓線住孔的相關工藝以及性能驗證和應用效果。

1? 工藝方法

①鉆孔：銅鋁復合排上鉆孔不攻絲，采用壓鉚六角通孔壓鉚螺柱的方式在銅鋁復合排上形成絲孔，孔徑大小參照各規(guī)格對應的“尺寸+0.8”;需要表面處理的工件必須在鉆孔后、壓鉚前進行;

②選擇合適的標準件：根據(jù)排的厚度不同選用不同的壓鉚通孔螺柱，六角通孔壓鉚螺柱（見圖4）屬于鈑金行業(yè)標準件，各種規(guī)格都有，選用通孔螺柱的長度和銅鋁復合排的厚度值相等;

③壓鉚通孔螺柱：表面處理完畢后進行壓鉚，壓鉚時掌握適當?shù)膲毫?，以將六角頭完全壓進銅鋁復合排內(nèi)且螺柱的六角頭平面保持和排的平面齊平為原則。

2? 有益效果

在銅鋁復合排上制作壓線柱孔有好多方法，例如：攻絲、安裝鋼絲螺套（包括自攻型螺套）、安裝壓鉚螺母、安裝壓鉚螺柱，或者直接打孔用普通的螺栓螺母來接線。但這些方法相對與本工藝方法均有或多或少的各種缺點：

①本工藝方法解決了銅鋁復合材料中鋁軟，硬度低，攻絲鎖緊力弱的固有缺陷，因為六角壓鉚頭經(jīng)壓鉚后是鑲嵌在銅層內(nèi)，因此具有和純銅排幾乎一樣的效果。

②本工藝方法與安裝鋼絲螺套（包括自攻型螺套）相比（圖1），效果一樣，但比鋼絲螺套節(jié)約了2/3的加工周期，因為安裝鋼絲螺套需要打孔完成后需要再攻絲，最后還要借助專用工裝進行鋼絲螺套的安裝，這種方法費時費力，而且加工周期長，經(jīng)濟性與加工便捷性與本工藝方法相比差距很大。

③本工藝方法與安裝壓鉚螺母（圖2）、壓鉚螺柱（圖3）相比，極大節(jié)約了空間;本工藝方法安裝前和安裝后母排尺寸方面沒有一絲一毫的差別，而不論壓鉚螺母，還是壓鉚螺釘都比本身銅鋁復合排高出一部分，這在一些電氣配電柜體及各種開關柜體中空間利用最大化原則相悖，特別是在一些窄、短、薄的系統(tǒng)內(nèi)更需要合理利用空間，本工藝方法對此具有最大的優(yōu)勢。

④本工藝方法與（圖4）在銅鋁復合排上用普通螺栓螺母壓線相比，安裝簡單便捷，電氣安裝人員只需將帶螺紋的壓線柱擰入即可，而普通螺栓需要插入安裝孔后還需要螺母鎖緊，如果螺母松動掉落，在布滿電線和母排的電氣箱內(nèi)容易造成安全隱患。

3? 性能驗證

①機械性能：用國標扭矩扳手和六角螺釘驗證樣件所承受的的扭矩大小。

根據(jù)《GB50254-2014電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規(guī)范附條文》中附錄A 螺紋型接線端子的擰緊力矩（表1） M3的推薦值0.25～0.5（N.m）來看，本工藝方法在2.5N.m的情況下反復拆裝10次沒有問題，已經(jīng)遠遠超出標準推薦值。

②電氣性能：將制作好的樣件按標準《GB 7251.1-2013 低壓成套開關設備和控制設備 》串聯(lián)在交直流電源設備上設置直流電流輸出值為300A驗證其最大溫升值。

經(jīng)試驗后樣件首次穩(wěn)定后的最大溫升僅為42.1K，從表2溫升限值70K值來看遠低于標準中規(guī)定值，且本工藝方法實驗是針對客戶要求的條件實施的，滿足客戶使用要求。

我司已將本工藝方法應用到實際生產(chǎn)，利用本工藝方法本公司已經(jīng)在為北京某新能源科技有限公司進行持續(xù)穩(wěn)定的供貨。

4? 結(jié)語

國家863計劃里大力倡導廠家研發(fā)新型銅鋁復合材料，以此來降低我國對于銅材的消耗，達到“以鋁節(jié)銅”的戰(zhàn)略目的，在進行新型復合材料應用的同時必須注意其替換材料制造的便捷性和可靠性。

參考文獻：

[1]GB 7251.1-2005，低壓成套開關設備和控制設備 第1部分：型式試驗和部分型式試驗成套設備[S].

[2]GB50254-2014，電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規(guī)范附條文[S].

[3]GB/T 30586-2014，連鑄軋制銅包鋁扁棒、扁線[S].