本發(fā)明屬于接觸元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種接觸元件及其制備方法。

背景技術(shù)：

新能源電動(dòng)汽車上為實(shí)現(xiàn)電氣傳輸和控制需要使用大量具備耐沖擊振動(dòng)的大電流連接器，電動(dòng)汽車的大電流連接器主要由接觸元件、殼體、絕緣體及附件四大部分組成。其中，接觸元件是大電流連接器完成電氣連接功能的關(guān)鍵核心零件，接觸元件的好壞直接影響到汽車的安全性能，同時(shí)在與電動(dòng)汽車配套的充電樁及充電槍中所需的大電流連接器要求機(jī)械壽命在10000次以上，而傳統(tǒng)連接器的機(jī)械壽命一般是1000次，這對(duì)大電流連接器的接觸元件提出了更高的技術(shù)要求。

目前，連接器行業(yè)的接觸元件主要部件為以下方式：

1、密繞線簧，其工藝過(guò)程為：（1）采用QSn6.5-0.1的絲電鍍Ni₂/Ag 3-5；（2）利用工裝制具在薄壁套上以15度左右的斜度人工穿絲密繞，這樣在套壁與絲之間形成很小的間隙作彈性；（3）將絲套壓入插孔體；（4）鉚接使絲套與插孔體為一體。密繞線簧可滿足大電流及沖擊振動(dòng)的要求，但人工繞制絲套一致性難以控制，生產(chǎn)效率低，需培養(yǎng)熟練工人，生產(chǎn)成本高。

2、插孔劈槽式，其工藝過(guò)程為：（1）用T2材料加工插孔體；（2）對(duì)插孔體進(jìn)行劈槽6-8個(gè)；（3）收口；（4）熱處理；（5）電鍍；（6）上卡簧（在插孔體外徑上3-4道保持卡簧）。能滿足大電流及1000次的機(jī)械壽命，但成本高，插拔力大；此外，T2導(dǎo)電性和塑性較好，但強(qiáng)度和硬度較差，極易變形，不能完成連接器插拔10000次的要求。

3、冠簧，又名柳葉簧，其工藝過(guò)程為：（1）用H65或C27000沖壓成型，此過(guò)程需下死點(diǎn)高的精密沖床，對(duì)不同規(guī)格都需制作專用模具，前期投入大；（2）熱處理，因H65或C27000黃酮帶產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)退火質(zhì)量較差，過(guò)大電流時(shí)易發(fā)熱，滿足不了大電流連接器溫升的要求，同時(shí)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)繁瑣，且在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題也較多；（3）電鍍；（4）與插孔體裝配。改工藝流程前期投入大，成本高，由于接觸點(diǎn)較少能滿足200A左右大電流1000次機(jī)械壽命的要求，但插拔力較大，對(duì)要求10000次以上的機(jī)械壽命比較困難。

4、簧中簧，其工藝過(guò)程為：（1）采用鈹青銅絲繞簧；（2）焊接；（3）熱處理，此過(guò)程在生產(chǎn)過(guò)程中退火質(zhì)量較差，生產(chǎn)運(yùn)作繁瑣；（4）電鍍。由于電鍍后簧絲之間的間隙小，電鍍層一致性差，對(duì)導(dǎo)電性能有一定的影響，且在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題也比較多，其利潤(rùn)不是很理想。

因此，目前急需要一種生產(chǎn)成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)異，可滿足大電流及沖擊振動(dòng)要求的接觸元件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種接觸元件及其制備方法，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中接觸元件質(zhì)量不穩(wěn)定，性能差，且生產(chǎn)成本高，不能滿足大電流及沖擊振動(dòng)要求的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種接觸元件，包括插針以及與插針匹配的插孔組件；插針包括插針體和絕緣帽，絕緣帽設(shè)置于插針體的前端，與插針體過(guò)盈配合；插孔組件包括插孔體和環(huán)簧，環(huán)簧設(shè)置于插孔體前端內(nèi)部，環(huán)簧截面為橢圓形，且有向內(nèi)的弧度，弧度為60°；環(huán)簧包括簧絲和固定簧絲的支架卡圈，支架卡圈設(shè)置于簧絲內(nèi)部。

進(jìn)一步地，環(huán)簧個(gè)數(shù)可以根據(jù)電流大小來(lái)設(shè)置，如Φ15需設(shè)置3個(gè)環(huán)簧。

進(jìn)一步地，環(huán)簧的材質(zhì)為QSn6.5-0.1-Y2錫青銅。

進(jìn)一步地，環(huán)簧的外層鍍有Cu/Ep.Ni2Ag5。

進(jìn)一步地，支架卡圈的外徑大于插孔體的內(nèi)徑，小于插孔體（5）的外徑。

一種大電流連接器，包括上述接觸元件、安裝板、殼體和用于固定殼體和線纜的塑封塑膠；

安裝板包括第一前安裝板、第一后安裝板、第二前安裝板和第二后安裝板；第一前安裝板和第一后安裝板卡接且設(shè)置于接觸元件中插針體外周；第二前安裝板和第二后安裝板卡接且設(shè)置于接觸元件中插孔體的外周；

殼體包括插頭殼體和插座殼體；插頭殼體固定設(shè)置在第二前安裝板和第二后安裝板外周；插座殼體固定設(shè)置在第一前安裝板和第一后安裝板的外周；

線纜卡接于接觸元件中插孔體的后端。

進(jìn)一步地，上述大電流連接器還包括限制安裝板左右運(yùn)動(dòng)的卡圈。

進(jìn)一步地，上述大電流連接器還包括穩(wěn)固插頭和插座的連接套。

進(jìn)一步地，上述大電流連接器還包括密封插座殼體與第二前安裝板之間縫隙的密封圈。

上述接觸元件的制備方法，包括以下步驟：

（1）繞簧：以QSn6.5-0.1-Y2錫青銅為材料繞制環(huán)簧基體；

（2）清洗：將步驟（1）中繞好的簧絲用質(zhì)量濃度為5%的硫酸清洗，然后放入清水中在超聲波條件下清洗，接著在80℃熱水中沖洗，最后烘干；

（3）電鍍：將清洗后的簧絲進(jìn)行電鍍，電鍍鎳后鍍銀，電鍍鎳的厚度為2μm，電鍍銀厚度為5μm，電鍍完畢后進(jìn)行清洗，先在50-60℃熱水中清洗，再在室溫下于蒸餾水中進(jìn)行清洗，最后取出干燥；

（4）焊接：向電鍍好的簧絲中裝入支架卡圈，在工裝中進(jìn)行定型，然后將簧絲、支架卡圈與工裝一起置于氮?dú)饧す夂附訖C(jī)中焊接，制成環(huán)簧；

（5）裝配：將環(huán)簧置于插孔體前端組裝成插孔組件，在插針體前端安裝絕緣帽，組裝成插針，插針和插孔組件匹配，得接觸元件。

進(jìn)一步地，步驟（1）中QSn6.5-0.1-Y2錫青銅的導(dǎo)電率≥7.83MS/m。

步驟（3）中鍍鎳過(guò)程：以六水合氯化鎳和質(zhì)量濃度為30-33%的鹽酸作為電解質(zhì)，電解質(zhì)中六水合氯化鎳濃度為240g/L，所加鹽酸的量達(dá)到320mL/L，以鎳板作為陽(yáng)極，簧絲作為陰極，在電流密度為3.5-7.5A/dm²條件下電鍍2-4min。

步驟（3）中鍍銀過(guò)程：以氯化銀和碳酸鉀為電解質(zhì)，電解質(zhì)中兩者濃度分別為30-35g/L和15-30g/L，以銀作為陽(yáng)極，簧絲作為陰極，在電流密度為0.5-2A/dm²條件下電鍍5-15min。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）當(dāng)插針穿過(guò)環(huán)簧插入插孔體后，環(huán)簧會(huì)受到插針向外的力和插孔體向內(nèi)的力而產(chǎn)生彈性變形，使得插針與插孔體通過(guò)環(huán)簧實(shí)現(xiàn)任何狀態(tài)下的彈性接觸，從而保證了電流及信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?；繞制簧絲時(shí)，每圈簧絲傾斜60°，焊接后形成徑向環(huán)簧，其目的是讓制得的環(huán)簧變形適度；若繞制簧絲時(shí)傾斜角度大于60°，插針插入插孔體后會(huì)因環(huán)簧變形量增大而使插拔力大大增加；當(dāng)傾斜角度小于60°時(shí)，環(huán)簧彈性變形量不足，使得插針和插孔體接觸不緊密，最終產(chǎn)生過(guò)大電流進(jìn)而導(dǎo)致溫升超標(biāo)。

為了保證環(huán)簧與插孔體、環(huán)簧與插針具有大的接觸面積，而不僅僅是點(diǎn)接觸，因此將環(huán)簧截面繞制成橢圓，保證了過(guò)大電流的需求。

（2）本發(fā)明選用QSn6.5-0.1-Y2錫青銅作為繞制環(huán)簧基體，其具有高強(qiáng)度、高彈性、耐磨性和抗磁性，在電鍍Cu/Ep.Ni2Ag5后可以抵抗10000次插拔不變形，保證大電流接插件的工作性能；具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率≥7.83MS/m，可以保證新能源汽車連接器大電流的要求；在熱態(tài)和冷態(tài)下加工性良好，對(duì)電火花有較高的抗燃性，可焊接和纖焊，可切削性良好；在大氣、淡水中耐蝕（汽車充電槍座經(jīng)常暴露在空氣中），設(shè)計(jì)選用的材料性能完全能夠保證新能源汽車連接器的使用要求。

因QSn6.5-0.1-Y2錫青銅具有優(yōu)良的冷加工性、導(dǎo)電性和機(jī)械性能，并且彈性極限非常高，因此十分符合制作彈性接觸元件。

（3）接觸元件生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，合格率高，從生產(chǎn)到成品，材料不需要進(jìn)行熱處理，直接冷加工一次成型。

與密繞線簧相比，本設(shè)計(jì)在繞簧工序上直接使用數(shù)控繞簧機(jī)，更快更方便，降低了人工穿絲的高成本。

與插孔劈槽式相比，本設(shè)計(jì)加工的接觸元件不存在加工余料，降低了原材料成本，并且插拔力比插孔劈槽式小。

與冠簧相比，本設(shè)計(jì)一系列的簧絲均可在一臺(tái)數(shù)控繞簧機(jī)上加工出來(lái)，不需要模具，降低了前期投入成本。

與簧中簧相比，本設(shè)計(jì)一次冷加工成型，成型后不需要進(jìn)行熱處理，簡(jiǎn)化了工序，工序的減少直接降低了成本，且減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，大大降低了不合格率，提高了生產(chǎn)效率。

（4）該接觸元件機(jī)械壽命≥10000次插拔（普通接觸元件機(jī)械壽命為1000次），可廣泛用于插拔頻繁的領(lǐng)域，如新能源電動(dòng)汽車的充電插座，動(dòng)力線，信號(hào)線，手動(dòng)維護(hù)開(kāi)關(guān)（MSD）等；具有耐沖擊振動(dòng)的領(lǐng)域，如軌道交通，軍用連接器，航天航空等。根據(jù)使用領(lǐng)域及使用要求設(shè)計(jì)了Φ6、Φ8、Φ10、Φ12和Φ15等系列的接觸元件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為接觸元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為接觸元件的剖面圖；

圖3為接觸元件的分解剖面圖；

圖4為環(huán)簧結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為環(huán)簧側(cè)面圖；

圖6為插針插入插孔組件的截面圖；

圖7為大電流連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為大電流連接器的剖面圖。

其中，1、插針；2、插孔組件；3、插針體；4、絕緣帽；5、插孔體；6、環(huán)簧；7、簧絲；8、支架卡圈；9、連接套；10、線纜；11、塑封塑膠；12、第一前安裝板；13、第一后安裝板；14、第二前安裝板；15、第二后安裝板；16、插頭殼體；17、插座殼體；18、卡圈；19、插頭；20、插座；21、彈簧；22、密封圈；23螺孔。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參考圖1-8，本實(shí)施例提供一種接觸元件，包括插針1以及與插針1匹配的插孔組件2。

插針1包括插針體3和絕緣帽4，絕緣帽4設(shè)置于插針體3前端，與插針體3過(guò)盈配合，絕緣帽4的作用一是防止導(dǎo)電，當(dāng)插針1裝于插頭19上時(shí)，若插針1導(dǎo)電，插針1中的絕緣帽4可以起到絕緣作用，避免人體觸電；作用二是防止拉弧，帶電插拔時(shí)，首先是插針1中的絕緣帽4與插孔組件2接觸，可以防止電弧的產(chǎn)生。

插孔組件2包括插孔體5和環(huán)簧6；插孔體5開(kāi)槽為135°V型槽，槽寬大于環(huán)簧6的高度，槽底內(nèi)徑小于環(huán)簧6的外徑，槽數(shù)的多少根據(jù)電流大小來(lái)確定；環(huán)簧6設(shè)置于插孔體5前端槽內(nèi)，環(huán)簧6截面為橢圓形，且有向內(nèi)的弧度，弧度為60°，環(huán)簧6設(shè)置有3個(gè)；環(huán)簧6包括簧絲7和固定簧絲7的支架卡圈8；簧絲7的材質(zhì)為QSn6.5-0.1-Y2錫青銅，在簧絲7的外層還鍍有Cu/Ep.Ni2Ag5。環(huán)簧6的形成過(guò)程為：先將簧絲7繞制成環(huán)簧6基體，然后將支架卡圈8裝于環(huán)簧6基體中，在工裝上定型，然后再在激光焊接機(jī)下焊接，即組成了環(huán)簧6，因支架卡圈8的外徑大于插孔體5的內(nèi)徑，有利于固定簧絲7并使其適當(dāng)變形。

一種大電流連接器，包括上述接觸元件、安裝板、殼體和用于固定殼體和線纜10的塑封塑膠11；安裝板包括第一前安裝板12、第一后安裝板13、第二前安裝板14和第二后安裝板15；第一前安裝板12和第一后安裝板13卡接且設(shè)置于接觸元件中插針體3外周；第二前安裝板14和第二后安裝板15卡接且設(shè)置于接觸元件中插孔體5外周；

殼體包括插頭殼體16和插座殼體17；插頭殼體16固定設(shè)置在第二前安裝板14和第二后安裝板15外周；插座殼體17固定設(shè)置在第一前安裝板12和第一后安裝板13外周；

線纜10卡接于接觸元件中插孔體5后端。

插針1、第一前安裝板12、第一后安裝板13和插座殼體17組成了插座20；插孔組件2、第二前安裝板14、第二后安裝板15、插頭殼體16、線纜10和塑封塑膠11組成了插頭19。

上述大電流連接器上還設(shè)置有限制安裝板左右運(yùn)動(dòng)的卡圈18、穩(wěn)固插頭19和插座20的連接套9、限制連接套9運(yùn)動(dòng)的彈簧21和密封插座殼體17與第二前安裝板14之間縫隙的密封圈22。

使用時(shí)，將插頭19和插座20連接，此處可以是螺紋連接，當(dāng)插座20旋入插頭19時(shí)，插針1穿過(guò)環(huán)簧6插入插孔體5中，環(huán)簧6會(huì)受到插針1向外的力和插孔體5向內(nèi)的力而產(chǎn)生彈性變形，使得插針1與插孔體5之間連接緊密。第一前安裝板12插入第二前安裝板14與連接套9的空隙中，插頭殼體16和插座殼體17形成一個(gè)整體，卡在安裝板外，插頭殼體16外還設(shè)置有連接套9，連接套9通過(guò)彈簧21進(jìn)行左右運(yùn)動(dòng)，連接套9向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧21處于壓縮狀態(tài)，此時(shí)插座20的陶瓷珠才能進(jìn)入插頭殼體16的槽內(nèi)，插座20才能很好的與插頭19穩(wěn)固連接。插頭19和插座20上還設(shè)置有卡圈18，卡圈18的作用是限制安裝板左右運(yùn)動(dòng)，起限位作用。插座20上還設(shè)置有密封圈22，密封圈22的作用是密封插座殼體17與第二前安裝板14之間的縫隙。插針1末端上還設(shè)有螺孔23，導(dǎo)線壓接端子與該螺孔23進(jìn)行螺紋連接，插孔體5末端卡接有線纜10，通過(guò)塑封塑膠11將線纜10與插頭殼體16固定起來(lái)。

上述接觸元件的制備方法，包括以下步驟：

（1）繞簧：以QSn6.5-0.1-Y2錫青銅為材料，在數(shù)控繞簧機(jī)上繞制環(huán)簧基體；所用QSn6.5-0.1-Y₂錫青銅的導(dǎo)電率≥7.83MS/m；

（2）清洗：將步驟（1）中繞好的簧絲用質(zhì)量濃度為5%的硫酸清洗，然后放入清水中在超聲波條件下清洗，接著在80℃熱水中沖洗，最后烘干；

（3）電鍍：將清洗后的簧絲進(jìn)行電鍍，Cu/Ep.Ni2Ag5，電鍍鎳的厚度為2μm，再電鍍5μm銀，電鍍完畢后進(jìn)行清洗，先在60℃熱水中清洗，再在室溫下于蒸餾水中進(jìn)行清洗，最后取出干燥；

其中，鍍鎳過(guò)程：以六水合氯化鎳和質(zhì)量濃度為30%的鹽酸作為電解質(zhì)，電解質(zhì)中六水合氯化鎳濃度為240g/L，所加鹽酸的量達(dá)到320mL/L，以鎳板作為陽(yáng)極，簧絲作為陰極，在電流密度為5.5A/dm²條件下電鍍3min；

鍍銀過(guò)程：以氯化銀和碳酸鉀為電解質(zhì)，電解質(zhì)中兩者濃度分別為30g/L和15g/L，以銀作為陽(yáng)極，簧絲作為陰極，在電流密度為1.0A/dm²條件下電鍍10min；

（4）焊接：向電鍍好的簧絲中裝入支架卡圈，在工裝中進(jìn)行定型，然后將簧絲、支架卡圈與工裝一起置于氮?dú)饧す夂附訖C(jī)中焊接，環(huán)簧；

（5）裝配：將環(huán)簧置于插孔體前端組裝成插孔組件，在插針體前端安裝絕緣帽，組裝成插針，插針和插孔組件匹配，得接觸元件。

實(shí)驗(yàn)例

以Φ15環(huán)簧為例，其簧絲為0.3mm，環(huán)簧內(nèi)徑為15mm，高度為3mm，將其組裝成接觸元件，然后對(duì)接觸元件進(jìn)行電氣性能測(cè)試：

接觸電阻：測(cè)試條件USCAR-2, Section 5.3.1.4，測(cè)試要求＜1.5mΩ，實(shí)際測(cè)試值為0.22 mΩ，滿足要求。

靜態(tài)升溫：測(cè)試要求接135mm²線纜，電流400A，溫升＜42℃，實(shí)際測(cè)試值30℃，滿足要求。

插拔壽命：測(cè)試要求10000次循環(huán)插拔，每2000次測(cè)試一次溫升，溫升＜42℃，并記錄分離力，實(shí)際分離值開(kāi)始為23N左右，隨著插拔次數(shù)的增加，分離力逐漸減少，10000次插拔結(jié)束，分離力為18N，滿足分離力在15-30N的要求；實(shí)際溫升開(kāi)始值為30℃，隨著插拔次數(shù)增加，溫升逐漸增加，10000次插拔后溫升值為38℃，滿足溫升＜42℃的要求。

振動(dòng)溫升：測(cè)試要求USCAR-2.Section5.5.6.4，溫升＜42℃，實(shí)際測(cè)試值35℃，滿足要求。

高溫壽命：測(cè)試要求溫度85℃，時(shí)間1008h，每隔200h測(cè)量一次接觸電阻，實(shí)際測(cè)試后的測(cè)量值為38℃，滿足溫度＜42℃的要求。

冷熱沖擊：測(cè)試要求-40℃/85℃，每個(gè)溫度30min，轉(zhuǎn)換時(shí)間為30s內(nèi)，循環(huán)100次，溫升＜42℃，實(shí)際測(cè)試值35℃，滿足要求。

溫濕度循環(huán)：按照USCAR-2.Section5.6.2測(cè)試，要求溫度-40℃~85℃循環(huán)40次，試驗(yàn)后進(jìn)行250A溫升測(cè)試，溫升要求＜42℃，實(shí)際測(cè)量值為35℃，滿足要求。

分別以Φ6、Φ10和Φ12環(huán)簧接為例，按照上述測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，均滿足要求，其中，在靜態(tài)升溫項(xiàng)目中，Φ6環(huán)簧接16mm²線纜，電流為80A；Φ10環(huán)簧接70mm²線纜，電流為250A；Φ12環(huán)簧接70mm²線纜，電流為250A。