一款防水連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

張興福

摘 要：本文產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合國(guó)際通用的Dsub系列連接器產(chǎn)品型譜，在滿足產(chǎn)品對(duì)接功能及氣密密封要求的前提下，為滿足用戶自動(dòng)化生產(chǎn)線的特定需求，解決我司灌膠工藝產(chǎn)品合格率較低，關(guān)鍵尺寸不穩(wěn)定問題，通過灌膠工藝方法無(wú)法改進(jìn)的困境下，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決產(chǎn)品長(zhǎng)期存在的關(guān)鍵尺寸不穩(wěn)定問題，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品質(zhì)量成本。

關(guān)鍵詞：Dsub連接器 防水 灌膠 尺寸一致性

1 引言

Dsub系列連接器產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)外通用的小型矩形電連接器產(chǎn)品，小型化、輕型化，應(yīng)用于航天、航空、機(jī)車、通訊及交通等領(lǐng)域，主要適用于設(shè)備電源連接和信號(hào)連接。Dsub密封連接器是Dsub系列連接器的一個(gè)分系列產(chǎn)品，主要應(yīng)用于室外工業(yè)設(shè)備的電源和信號(hào)端口

Dsub系列產(chǎn)品是國(guó)際范圍內(nèi)通用的一款小型矩形電連接器，體積小、重量輕，廣泛應(yīng)用與航空、航天、通訊、機(jī)車及工業(yè)設(shè)備上。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，疊加人力成本大幅上升，存量市場(chǎng)博弈日趨激烈，企業(yè)間的綜合實(shí)力強(qiáng)弱成為市場(chǎng)角力根本因素。產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)要素包括成本、質(zhì)量、交付、服務(wù)等方面，其中成本的控制和優(yōu)化是企業(yè)產(chǎn)品取勝的關(guān)鍵因素，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量要求不能降低的情況下，如何通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝過程簡(jiǎn)化取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，是企業(yè)綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)，也是考驗(yàn)企業(yè)研發(fā)能力和工藝水平重要一環(huán)。本文以一款常規(guī)防水Dsub的9芯連接器為例，重點(diǎn)闡述了在面對(duì)用戶自動(dòng)化生產(chǎn)需求和產(chǎn)品生產(chǎn)合格率提升問題時(shí)，如何通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，不僅降低產(chǎn)品生產(chǎn)和制造成本，同時(shí)提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率和合格率。

2 Dsub防水連接器簡(jiǎn)介

如圖1所示，是常規(guī)Dsub產(chǎn)品的安裝方式及常見產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品分為插頭和插座兩部分，插座通常安裝在印制板端，通過焊接等方式固定，插頭為線纜端，通過線夾附件與插座實(shí)現(xiàn)對(duì)接和連接，保證信號(hào)的正常傳輸和切斷。

如圖2所示，是Dsub防水系列產(chǎn)品的安裝方式及常見產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。如圖所示，產(chǎn)品插座端法蘭較寬，設(shè)有密封橡膠圈，插座采用板后安裝方式，通過螺釘緊固于安裝板后。線纜端產(chǎn)品裝入密封線夾內(nèi)，密封線夾尾端設(shè)有防水緊固機(jī)構(gòu)，可以保證線纜尾端密封，插頭端通過線夾兩側(cè)螺釘與插座對(duì)接，在鎖緊的過程中，壓縮線夾對(duì)接端密封橡膠圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)接界面的密封功能。通常來(lái)說，Dsub防水類產(chǎn)品防水等級(jí)為IP65及IP67等級(jí)。

3 現(xiàn)有Dsub防水連接器結(jié)構(gòu)及加工工藝

3.1現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

如圖3所示，產(chǎn)品焊接端尾端灌封環(huán)氧膠，保證產(chǎn)品滿足IP67的防護(hù)要求。該產(chǎn)品主要具有以下主要的技術(shù)指標(biāo)：

（1）接觸電阻≤10mΩ;

（2）介質(zhì)耐壓：≥1000V;

（3）絕緣電阻：≥5000MΩ;

（4）鹽霧：接觸件48H、金屬外殼24H;

（5）密封測(cè)試：30KPa，30S，壓降≤0.5KPa（等同于IP67）等。

3.1現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

如圖3所示，產(chǎn)品主要由接觸件插孔、上基座、下基座、上外殼、下外殼、絕緣支撐板、鉚管、套管、安裝螺釘、密封圈及環(huán)氧膠組裝，其中上下基座固定插孔、上下外殼鉚合基座、通過鉚管和套管的鉚合，把外殼合件與絕緣支撐板鉚合在一起，最后灌封環(huán)氧膠并固化。

4 現(xiàn)有Dsub防水連接器問題點(diǎn)及提升方案

4.1現(xiàn)有Dsub防水連接器問題點(diǎn)

近幾年由于人力生產(chǎn)成本的快速上升，自動(dòng)化生產(chǎn)替代人工生產(chǎn)方式成為制造業(yè)降低制造成本，參與市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的主要手段。因此該款防水連接器的下游線纜加工廠家也開展了自動(dòng)化設(shè)備加工線纜的相關(guān)工作，包括線纜焊接、包膠等線纜加工工序均采用自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)。為了適應(yīng)自動(dòng)化線纜加工設(shè)備的技術(shù)要求，線纜廠商要求該防水連接器尾端灌膠部分尺寸高度在一定范圍內(nèi)，具體要求如圖4所示，產(chǎn)品膠面高度要求膠面兩側(cè)高度差必須滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

為提升灌膠高度一致性，原有的人工灌膠方式由于人為無(wú)法控制灌膠量已經(jīng)無(wú)法滿足要求，我司向灌膠廠家制定了專用灌膠設(shè)備。采用此灌膠設(shè)備，產(chǎn)品膠面高度一致性得到很大改善，但是仍然無(wú)法滿足高度要求。

產(chǎn)品出現(xiàn)的高度不一致及超差問題，導(dǎo)致用戶注塑溢膠并導(dǎo)致多起退貨。同時(shí)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)雙組份灌膠工藝采用設(shè)備混合灌膠，長(zhǎng)期存在膠面高度超差問題，產(chǎn)品高度合格率為90%。

4.2現(xiàn)有Dsub防水連接器提升方案

為了解決膠面高度技術(shù)要求，針對(duì)現(xiàn)有加工工藝，開展相應(yīng)的工藝方法提升，具體方案如下：

（1）單組份膠規(guī)格調(diào)研及供應(yīng)商選擇;

（2）產(chǎn)品灌膠腔尺寸分析及優(yōu)化，灌膠工藝參數(shù)優(yōu)化，生產(chǎn)過程膠面平面度影響因素分析，確定灌膠高度影響因素及管控措施、試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.2.1現(xiàn)有Dsub防水連接器提升方案單組份膠規(guī)格調(diào)研及供應(yīng)商選擇

經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，了解到單組份膠的主要供應(yīng)商，包括前期曾經(jīng)與公司產(chǎn)品有過合作的供應(yīng)商，從單組份膠成本、性能、交付和技術(shù)支持等方面綜合考慮，最終確定了幾家單組份膠供應(yīng)商。經(jīng)過多次的送樣和生產(chǎn)驗(yàn)證，根據(jù)膠液流動(dòng)性、加工工藝性、產(chǎn)品氣密性能等驗(yàn)證情況，最終確定了兩家供應(yīng)商的單組份膠滿足產(chǎn)品性能要求。

以上兩家公司提供的單組份膠均能滿足氣密性能要求，同時(shí)膠面外觀光亮、光滑符合產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求。

4.2.2現(xiàn)有Dsub防水連接器灌膠結(jié)構(gòu)分析及提升措施

為降低產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)膠液流動(dòng)性的影響，需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，包括灌膠腔尺寸及各零件結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過程平面度管控對(duì)灌膠設(shè)備灌膠平面、周轉(zhuǎn)工裝、抽真空設(shè)備、烘烤設(shè)備的基準(zhǔn)面進(jìn)行測(cè)繪、校準(zhǔn)，確保產(chǎn)品水平放置;對(duì)操作人員進(jìn)行產(chǎn)品灌膠、抽真空、周轉(zhuǎn)及烘烤工序過程的操作要領(lǐng)培訓(xùn)，消除灌膠膠面高低不平的人為因素。

通過對(duì)產(chǎn)品灌膠腔的長(zhǎng)、寬、高尺寸進(jìn)行分析，明確長(zhǎng)、寬、高尺寸范圍，不滿足要求的模腔修模，保證灌膠腔尺寸一致，減少對(duì)灌膠腔尺寸不一致對(duì)灌膠高度造成的影響。同時(shí)，為提高膠液流動(dòng)性，把影響膠液流動(dòng)的基座部分高度降低，提升膠液流動(dòng)性，保證膠液高度一致。但通過上述方法，產(chǎn)品兩側(cè)膠面高度仍不能滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

5 Dsub防水連接器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及提升方案

通過以上試驗(yàn)驗(yàn)證分析，現(xiàn)有產(chǎn)品灌膠高度尺寸要達(dá)到用戶的要求十分困難。因此，為了徹底解決此問題，分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在保證產(chǎn)品性能指標(biāo)的情況下，消除灌膠膠面對(duì)產(chǎn)品高度尺寸的影響，具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖：

如圖6所示，上圖原有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品由插孔、上基座、下基座、上外殼、下外殼、絕緣支撐板、套筒、內(nèi)嵌螺母、安裝螺釘、密封圈10種零件組裝而成，新狀態(tài)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖 所示，產(chǎn)品有插孔、基座、外殼、絕緣支撐板、鉚管、安裝螺釘、密封圈7種零件組裝而成。新狀態(tài)產(chǎn)品密封圈結(jié)構(gòu)更改為橢圓結(jié)構(gòu)，可以解決長(zhǎng)期存在的密封圈脫落問題。

向用戶提供了產(chǎn)品PCN和3D打印樣品，用戶同意我司變更方案。根據(jù)圖紙開制模具并制造零件，同時(shí)向用戶提交了產(chǎn)品變更的PCN資料和樣品。

為了驗(yàn)證產(chǎn)品性能，委托公司試驗(yàn)室開展了產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論合格，滿足產(chǎn)品性能要求（高度一致性如圖8所示）。用戶通過了此產(chǎn)品的PCN變更流程，同意產(chǎn)品進(jìn)行變更。

6 產(chǎn)品改進(jìn)說明

通過長(zhǎng)時(shí)間的灌膠工藝研究，灌膠膠面高度尺寸受到多種因素的影響，包括膠的技術(shù)狀態(tài)和穩(wěn)定性、灌膠設(shè)備精度及穩(wěn)定性、生產(chǎn)周轉(zhuǎn)平面度要求及穩(wěn)定性、作業(yè)人員的操作技能等方面。經(jīng)過采取單組份膠規(guī)定的選擇、灌膠設(shè)備參數(shù)及路線的調(diào)整等措施，產(chǎn)品灌膠高度尺寸仍然無(wú)法達(dá)到規(guī)定的合格率。之后通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)，降低灌膠高度對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸的影響度，解決了產(chǎn)品合格率問題。此結(jié)構(gòu)改進(jìn)，不僅降低了產(chǎn)品的灌膠難度，提升產(chǎn)品產(chǎn)品合格率，同時(shí)減少了產(chǎn)品組裝零件數(shù)量和組裝工序，極大降低了產(chǎn)品采購(gòu)成本和生產(chǎn)成本，大大提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

7 結(jié)論

為了面對(duì)當(dāng)前人力成本快速上升給制造業(yè)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，通過對(duì)傳統(tǒng)工藝手段優(yōu)化及改造無(wú)法滿足產(chǎn)品要求時(shí)，必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度入手，對(duì)常規(guī)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和再造，在成本可控范圍內(nèi)，滿足用戶不斷提升的使用需求。為不斷適應(yīng)用戶使用需求，本文提供了一種連接器自動(dòng)化生產(chǎn)需求的改進(jìn)方法和思路，對(duì)于已有及已經(jīng)大批量使用的型譜產(chǎn)品，特別是防水連接器，要進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)提升，均可參照此產(chǎn)品機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。