高速注塑機上電氣連接器的選擇

金敬明,張益波

(德馬格塑料機械（寧波）有限公司，浙江 寧波 315800)

隨著控制系統(tǒng)以及驅(qū)動元件性能的不斷提升，注塑機的運行速度在不斷提高，單位注塑成型產(chǎn)品的生產(chǎn)時間在不斷縮短。特別是一些包裝類注塑成型產(chǎn)品，生產(chǎn)時循環(huán)時間很短，如4 s以下。這就要求機器各個軸向移動需要很大的加速度和制動速度。特別是模具開合移動時，快速啟動和快速剎車，就會產(chǎn)生非常大的振動。如何保證注塑機所配的電氣設(shè)備在劇烈振動的環(huán)境中正常、安全、穩(wěn)定的運行，將是電氣設(shè)計者重點考慮的問題。電氣連接器和導(dǎo)線是各個電氣設(shè)備傳遞能量和信號的途徑。電氣連接器包含電氣設(shè)備上的接線端子、獨立的接線端子、接插件、插頭和插座等。

但是在現(xiàn)實中，電氣連接器往往不太被重視。電氣設(shè)計者往往把接線的可靠性排在功能之后。 形成這種現(xiàn)象的原因可能是，導(dǎo)線連接松動一般不會對注塑機本身產(chǎn)生損傷，且是較容易修復(fù)，基本不需要更換零件。 但是這種連接問題的查找時間較長，如有頻繁發(fā)生，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)。另外碰到導(dǎo)線的連接問題，管理者一般會在安裝工人的角度考慮， 通過對工人的嚴(yán)格要求尋求導(dǎo)線連接的可靠性。而本文將以電氣連接器的結(jié)構(gòu)分類，從功能性、可靠性、操作性、維護性的角度出發(fā)，探討幾種電氣連接器的特點和優(yōu)缺點，及其在注塑機上的應(yīng)用。

1 螺釘式連接

1.1 螺釘式連接的優(yōu)缺點

螺釘式連接是目前最通用最廣為接受的導(dǎo)線連接方式。特別是大電流（＞100 A）導(dǎo)線的連接，螺釘式連接基本處于壟斷地位。螺釘式連接的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 螺釘連接結(jié)構(gòu)

1.1.1 螺釘式連接端子的優(yōu)點

（1）適用的導(dǎo)線規(guī)格范圍廣；

（2）不用專用的工具；

（3）若有需要的話，單孔可同時接兩根線。

1.1.2 螺釘式連接的缺點

（1）為確保可靠，需要定期重新緊固；

（2）安裝較費時；

（3）不耐振動。

對于高速注塑機來說，不耐振動是這種連接方式的主要缺點。螺釘式連接是機械上最基本的連接方式，那么為什么說它不耐振動呢？螺釘連接是通過螺紋之間的摩擦和螺紋的變形來實現(xiàn)緊固的，使螺紋變形的力來自螺釘擰緊后的反作用力。在電氣連接中，導(dǎo)線的基本材料是銅絲，銅較軟，所以提供的反作用力比鋼與鋼連接的小。同時當(dāng)導(dǎo)線通電時會產(chǎn)生熱量，而且產(chǎn)生的熱量隨著導(dǎo)線電流的變化而變化，這些熱量會改變連接處的機械特性。更糟糕的是，一旦螺釘式連接松動，只會越來越松，使故障擴大化。

1.2 保證螺釘式連接可靠性的方法

機械上為了提高螺釘式連接的可靠性，螺釘帽的槽型有好幾次升級。從最初的“一”字螺釘，發(fā)展到后面的“十”字、“米”字、內(nèi)六角等，目的是為了使螺絲刀與槽口結(jié)合更緊密，使螺絲刀不易滑落，使槽口不容易被破壞，從而提高螺釘擰緊時的扭矩。

國際著名品牌低壓電氣產(chǎn)品制造商如ABB、西門子等都非常重視螺釘槽型。在小電流的螺釘連接中都選用米字型螺釘槽型，但依然有許多品牌還是采用十字槽型。

除了在螺釘槽型上下功夫外，在螺釘連接的附件冷壓頭上同樣有防振動設(shè)計。在強烈振動的應(yīng)用場合的設(shè)計，一般會用O型冷壓端頭，其目的可以防止螺紋松動后產(chǎn)生的二次危害，但是使用O型冷壓端頭比較費時。

接線安裝時，要求電氣連接螺釘需要二次擰緊。在后續(xù)的運行中，需要定期維護。一般規(guī)定普通的使用場合每6個月需要重新緊固一下電氣螺釘。

1.3 螺釘式連接在高速注塑機上的應(yīng)用

在高速注塑機中小電流導(dǎo)線連接較多，特別是信號線，螺釘式連接不是一種好的選擇。但是在有些方面，如大電流導(dǎo)線的連接上，螺釘式連接的端子是不可避免的。這就需要設(shè)計者在元器件選型時注意觀察螺釘式連接的結(jié)構(gòu)，在元器件排布時，把螺釘式連接的元器件放在容易操作和容易二次維護的位置上。另外在接線安裝時，螺釘連接的端子都需要二次擰緊，并做好標(biāo)記。

2 焊接式連接

2.1 焊接式連接的優(yōu)缺點

焊接是目前公認(rèn)的最為可靠的電氣連接方式。焊接式連接的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

焊接式連接的優(yōu)點：

（1）適用的導(dǎo)線規(guī)格范圍廣；

（2）不用專用的工具；

（3）適用于振動場合；

（4）密度高。

圖2 焊接連接結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 焊接式連接的缺點

（1）安裝較費時；

（2）對焊接技術(shù)要求較高。

2.2 保證焊接式連接可靠的方法

焊接式連接是很可靠的，但是焊接工藝要求較高，焊的時間、溫度、焊絲的材料等都將影響焊接的品質(zhì)和可靠性。印刷電路板一般都采用全自動的波峰焊機來控制焊接的質(zhì)量。如采用人工焊，那么焊接工具必須每天校準(zhǔn)設(shè)定溫度。此外焊接時還需要留意焊接體表面的情況，如果被焊物體表面氧化需要做除氧化處理。正因為焊接的品質(zhì)不好把控，所以焊接操作需要有恒溫恒濕的工作間、要有專用工作臺，并要求焊接完成后對線束做好測試，盡量避免在機器現(xiàn)場進行焊接操作。

2.3 焊接式連接高速注塑機上的應(yīng)用

正因焊接連接在抗振動方面的優(yōu)勢，在高速注塑機上有些振動較大的終端執(zhí)行器件和測量器件應(yīng)盡量選用焊接連接。 如壓力傳感器、比例閥插頭、伺服閥插頭等都應(yīng)焊接連接；帶引出導(dǎo)線的電氣件其實也是焊接連接的一種，只是帶引出導(dǎo)線的電氣件的焊接連接是由制造商完成的。

3 冷壓式連接

3.1 冷壓式連接的優(yōu)缺點

冷壓連接的可靠性僅次于焊接式連接。冷壓連接的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1.1 冷壓式連接的優(yōu)點

（1）適用于振動場合；

（2）密度高；

（3）可實現(xiàn)線束預(yù)先裝配。

（1）對客戶而言，產(chǎn)品多（插針），料號多；

（2）需要專用的工具；

圖3 冷壓連接結(jié)構(gòu)圖

（3）同一規(guī)格針，適用導(dǎo)線規(guī)格較窄；

（4）不適用硬線場合；

（5）物料只能一次性使用。

3.2 冷壓式連接保證可靠性的方法

首先需要保證的是冷壓端子的產(chǎn)品質(zhì)量，其包括冷壓端子的材料、壁厚和表面鍍層等。其次導(dǎo)線的截面要與冷壓端子規(guī)格相符；導(dǎo)線質(zhì)量本身一般沒有問題，但是需要注意，導(dǎo)線剝線時不要損傷導(dǎo)線芯線使導(dǎo)線的截面減少，從而影響壓接質(zhì)量。最后最重要的還是冷壓工具；一般冷壓端子都需要專用的冷壓工具，來保證冷壓端子固定的最佳冷壓形狀、壓緊力和防拔倒刺等。但是從冷壓端子外觀上并不能直接判定其需要哪種專用工具，而且其他普通鉗子也可以基本的壓緊。這就為冷壓式連接的使用留下了安全隱患。

3.3 冷壓式連接在高速注塑機上的應(yīng)用

雖然冷壓式連接的抗振性能很好、 操作上便利，工藝要求也不高，但是冷壓連接需要專用工具。注塑機都需要現(xiàn)場維修，而且顧客的分布很廣。維修人員除了本公司的售后外，還有客戶自己的設(shè)備維修人員和其他維修機構(gòu)。給這些維修人員配備各種型號的冷壓針和專用工具不現(xiàn)實。

又由于冷壓連接方式的連接密度高，所以在高速注塑機中冷壓連接一般用于成熟的高插針密度的標(biāo)準(zhǔn)接口，如歐洲橡膠塑料機械制造商協(xié)會Euromap標(biāo)準(zhǔn)中，就大量使用了高密度的冷壓式連接的重載插頭。

4 彈性體連接

4.1 彈性體連接的優(yōu)缺點

彈性體連接是比較適合高速注塑機的一種連接方式。彈性體連接的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

為了驗證陽離子電荷數(shù)對TSR反應(yīng)生成H 2 S的影響，在不同的硫酸鹽-正辛烷反應(yīng)體系中加入一定量的AlCl3，測定其H 2 S生成量，如表4所示。

4.1.1 彈性體連接的優(yōu)點

（1）適用于振動場合；

（2）適用的導(dǎo)線規(guī)格范圍廣；

（3）軟線無需預(yù)處理；

（4）不用專用的工具，安裝方便，省時；

（5）由于本身帶插針，對客戶而言，物料少，便于管理。

圖4 彈性體連接結(jié)構(gòu)圖

4.1.2 彈性體連接的缺點

（1）每個接線位只能接一根導(dǎo)線；

（2）由于結(jié)構(gòu)限制，插針的密度有限；

彈性體連接的操作非常方便， 用標(biāo)準(zhǔn)的螺絲一字刀打開彈簧，將導(dǎo)線插入接線口，移除螺絲刀，即完成接線。且無需預(yù)處理導(dǎo)線，軟線可直接插入。

4.2 保證彈性體連接的可靠方法

彈性體連接是利用彈性鋼片金屬的回彈力來夾緊導(dǎo)線。彈性體連接的可靠性是由彈性鋼片金屬和彈性體連接器的絕緣框架決定的，彈性體連接的夾緊力不受人為、應(yīng)用環(huán)境條件的影響，始終在導(dǎo)線上施加相同的力，所以振動和導(dǎo)線發(fā)熱后的變形都不會使連接松動。只要選擇的彈性體連接器質(zhì)量可靠且質(zhì)量連續(xù)穩(wěn)定，彈性體連接是相當(dāng)可靠的。彈性體連接器是免維護的，與上文所說的一旦松動后只會越來越松的螺釘連接器對比，彈性體連接器對導(dǎo)線的夾緊力始終相同，保證連接的連續(xù)性。

4.3 彈性體連接在高速注塑機上的應(yīng)用

彈性體連接的所有優(yōu)點都是高速注塑機所需要的。首先，在強烈振動環(huán)境的高可靠性正是高速注塑機最重視的；其次，對導(dǎo)線規(guī)格范圍廣且軟、硬線都可以，特別適合高速注塑機這種多種類傳感器和多種類執(zhí)行器的機械設(shè)備；再次，無需特殊工具、操作方便和物料管理上的方便，非常適合高速注塑機制造商的生產(chǎn)和管理，另外在售后的維護服務(wù)和改裝服務(wù)上無后顧之憂。

雖然彈性體連接器的安裝密度有限，但是只要合理設(shè)計和排布，在高速注塑機的不算緊湊的配電箱內(nèi)完全可以避免安裝空間的擁擠。

4.4 新型彈性體連接器

在普通彈性連接的基礎(chǔ)上，目前出現(xiàn)了一種直插式彈性連接端子，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。它的最大特點是連接導(dǎo)線時不需要工具，可將剛性導(dǎo)線或帶冷壓頭的柔性軟線可直接插入接線位。需要松開時，用標(biāo)準(zhǔn)的螺絲刀按壓操作桿即可。相比普通的彈簧連接， 其少了一步用螺絲刀頂開彈簧的步驟，但是多了一道柔性線冷壓的步驟。

從可靠性的角度分析，柔性導(dǎo)線冷壓更容易出現(xiàn)質(zhì)量隱患。但好在柔性導(dǎo)線冷壓頭可以用專用設(shè)備自動來完成，這專用設(shè)備可自動剝線、套冷壓頭和壓緊。專用設(shè)備的參與可提高安裝速度的同時也保證了冷壓連接的可靠性。不過這專用設(shè)備價格較高，使用單位需要在人工和設(shè)備投入上做取舍。

圖5 直插式彈性連接結(jié)構(gòu)圖

上述四種結(jié)構(gòu)的連接器的選擇比較可以用表1 充分體現(xiàn)。

表1 四種結(jié)構(gòu)的連接器比較

5 結(jié)束語

通過對以上幾種電線連接方式的分析，優(yōu)缺點一目了然。在高速注塑機的電氣設(shè)計中，多數(shù)電線連接應(yīng)該是彈片連接。當(dāng)然，由于注塑機電纜型號較多，用于不同部位、不同元件，可采用以上幾種組合連接。

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