大端子壓接機(jī)應(yīng)用研究

羅杰 袁雪松 黃海峰

【摘 要】汽車線束主要靠大端子與接插件連接，是汽車通信主要的方式之一，具有良好的穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)汽車主機(jī)廠越來越關(guān)注汽車線束的試制質(zhì)量，對小批量的、非標(biāo)準(zhǔn)化的線束端子壓接等工藝也越來越重視。文章對線束大端子壓接工藝進(jìn)行了深入研究，并嘗試開發(fā)了相應(yīng)的壓接模具和壓力監(jiān)控系統(tǒng)，旨在為線束大端子壓接和質(zhì)量改善提供一種可借鑒的思路。

【關(guān)鍵詞】汽車線束;大端子;壓接質(zhì)量;模具設(shè)計;系統(tǒng)控制

【中圖分類號】TM503.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）12-0022-03

0 引言

隨著汽車電信號的增多和電子元器件日益復(fù)雜，汽車行業(yè)對整車線束信號的傳遞質(zhì)量的要求越來越高。目前，整車線束主要靠端子將導(dǎo)線、接插件和其他元器件連接起來，因此端子壓接質(zhì)量直接決定了信號傳遞過程中的整車電流、電壓降等重要參數(shù)。對于汽車大功率的部件而言，例如起動機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向助力電機(jī)等，這類電器元件所需的端子一般較大。這類大端子的壓接質(zhì)量缺陷可能會直接造成端子脫落，導(dǎo)致汽車行駛故障。

1 大端子壓接技術(shù)簡介

1.1 汽車線束及端子概念

汽車線束主要是由電線、端子、接插件和護(hù)套等材料組成，是汽車動力和信號傳輸分配系統(tǒng)的總成，它是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，將信號轉(zhuǎn)化成電流進(jìn)行傳遞。目前，汽車所需的驅(qū)動信號都是通過汽車線束完成的。但是，汽車線束不同于普通的單芯的家用電線，汽車線束由許多包裹在塑料絕緣管細(xì)小的軟銅線組成，可以布置在汽車的不同位置。汽車線束在剝開后，原有的細(xì)如毛發(fā)的銅導(dǎo)線會發(fā)散開來，只有壓接在一個端子上，才能與接插件連接。

汽車上各用電器額定功率和額定電流不盡相同，電線的粗細(xì)也有所不同，也就是電線的線徑各不相同。標(biāo)準(zhǔn)的汽車線束規(guī)格的截面積為0.3～8.0 mm2。一般來說，電流越大，電線的截面積越大;電流越小，電線的截面積也越小。所以，大功率的用電器就需要較粗的電線束，并選用型號尺寸較大的端子。以整車線束為例，對于主電源線，比如發(fā)電機(jī)線束、啟動機(jī)線束和搭鐵線，線束的截面積至少選用2.5～4.0 mm2。蓄電池的正負(fù)極電源線的線徑甚至達(dá)到十幾平方毫米以上。對于這類線徑為2.5 mm2以上的汽車線束一般采用大端子，而這類大端子由于所處環(huán)境容易受到外力影響，因此對于壓接質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。

1.2 壓接工藝介紹

如圖1、圖2、圖3所示，壓接是指通過壓力將經(jīng)過剝頭后的汽車線束上的導(dǎo)線與端子上的導(dǎo)體壓接片緊密結(jié)合，目前導(dǎo)線和端子的主流連接方式是壓接，該方法具有較低的阻抗和牢固的緊密性，與傳統(tǒng)的焊錫相比具有更高的可靠性。此外，由于壓接具有連續(xù)性和可重復(fù)性，工作效率較高，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，因此主流的汽車線束企業(yè)大都采取壓接連接導(dǎo)線和端子。

根據(jù)《汽車電線束技術(shù)條件》（QC/T 29106—2014）等行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，端子的壓接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要由以下幾個方面評價[1]。

（1）拉拔力：端子的機(jī)械壓力不僅對端子是否容易松脫有影響，還對導(dǎo)線的導(dǎo)通特性、電壓降等有顯著影響。壓接后端子與導(dǎo)線承受的拉拔力是否滿足技術(shù)條件的最低標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。

（2）外觀：在導(dǎo)體壓接區(qū)，導(dǎo)體芯線是否全部壓入端子的卷曲部分;電線絕緣層是否壓入導(dǎo)體壓接區(qū);壓接區(qū)電線前段線端是否可見;壓接區(qū)是否有飛邊毛刺等。

（3）剖面質(zhì)量：除拉力測試和目測法測外觀外，還通過顯微鏡觀察壓接端子樣件截面的形狀，比如高寬比、收縮率、填充率、毛刺高度等參數(shù)也是評價端子壓接質(zhì)量的重要依據(jù)。端子除滿足拉拔力條件外，還得防止壓接過度而造成電壓降顯著上升等不良影響。經(jīng)過不斷地測試，導(dǎo)線截面形狀如“B”字形最為合適。

1.3 大端子壓接的特殊性

線徑大于2.5 mm2的大端子壓接與小線徑的端子相比，壓接過程中所需的機(jī)械壓力較大，更容易出現(xiàn)端子壓接變形等質(zhì)量缺陷。大端子壓接對于機(jī)械壓力控制需要更加精確，對于模具和刀具的精度和可靠性也有更高的要求。本文在研究試制線束大端子的壓接過程中發(fā)現(xiàn)，大端子壓力機(jī)的模具報廢率比中小端子的模具報廢率平均高11.2%左右。由此可見，大端子壓接具有一定的特殊性。本文研究大端子的壓接質(zhì)量并進(jìn)行了應(yīng)力分析，提出了一種大端子的模具改善方法。圖4為壓接質(zhì)量良好的大端子。

2 大端子壓接設(shè)備及模具的應(yīng)用

為了保證端子的壓接質(zhì)量，大端子必須采用專用模具，并且配套具備壓力監(jiān)控的半自動或全自動設(shè)備。如果壓接次數(shù)較多，還得增加相應(yīng)的壓接次數(shù)監(jiān)控裝置，避免模具損壞后，出現(xiàn)批量的質(zhì)量缺陷[2-3]。

2.1 大端子壓接質(zhì)量缺陷

2.1.1 壓接高度過小或過大

壓接高度是指線束壓接區(qū)的截面高度，根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，一般通過線束壓接的壓接高度衡量壓接的質(zhì)量。壓接高度過小會導(dǎo)致線芯電壓降偏大、額定電流偏小、線芯及導(dǎo)體壓接區(qū)的金屬易折斷等問題。壓接高度過大會導(dǎo)致線束壓接強(qiáng)度不夠，容易導(dǎo)致線束端子脫落、端子接觸不良等問題。只有合適的壓接高度，才能保證線束具有合理的電壓降及良好的壓接質(zhì)量[4]。

2.1.2 壓接區(qū)域過度彎曲

壓接區(qū)域過度彎曲的原因主要是模具設(shè)計不良，壓接時應(yīng)力集中，導(dǎo)致端子彎曲。因此，設(shè)計模具時應(yīng)考慮限制端子前部上翹的功能，在設(shè)計過程中可采取增大壓接接合區(qū)等方法。

本研究在分析大端子應(yīng)力情況時，詳細(xì)分析了大端子的厚度、壓接翅的翅長和翅寬，以及大端子倒角齒、滾花等尾部特征，并依次設(shè)計了相應(yīng)的模具。圖5為模具的數(shù)模圖。該模具具備縱向可調(diào)的特點，能適應(yīng)多種大端子的特性，具備良好的柔性。

2.2 大端子壓接設(shè)備壓力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

目前，國內(nèi)的端子壓接質(zhì)量主要靠破壞性試驗判斷連接質(zhì)量，大端子種類較多且沒有統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且破壞性試驗比較消耗人力和物力。本文在研究大端子模具的應(yīng)力狀況下，基于氣壓原理設(shè)計了一套自動化壓力監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用氣壓表實時監(jiān)控的方式，結(jié)構(gòu)簡單，有效地控制了大端子壓接過程中的壓接力，并借鑒了國內(nèi)學(xué)者石柏軍等關(guān)于質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的思路，成功設(shè)置了一套可以用于質(zhì)量管控的壓力監(jiān)控系統(tǒng)[5]。

壓力監(jiān)控系統(tǒng)主要由壓力傳感器、壓力顯示屏、壓力報警器及對應(yīng)的壓力系統(tǒng)組成，其中壓力系統(tǒng)是以大端子的步距為參數(shù)進(jìn)行夾緊和安裝后，并根據(jù)線材對應(yīng)的長度將大端子送到指定位置后進(jìn)行壓接，壓力由一個H2MD步進(jìn)電機(jī)提供。壓力傳感器安置在大端子模具下方，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)持續(xù)施壓后，壓力傳感器會將收集到的壓力信息傳輸?shù)綁毫ΡO(jiān)控系統(tǒng)，并顯示在壓力顯示屏上。當(dāng)壓力過小時，壓力顯示屏顯示的數(shù)字呈黃色，并提示“壓力不足，請繼續(xù)施壓”;當(dāng)壓力過大時，壓力顯示屏顯示的數(shù)字呈紅色，并提示紅色感嘆號;當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定的安全范圍，顯示屏上的數(shù)字呈綠色。

壓力監(jiān)控系統(tǒng)還具備空壓警告、氣壓過低報警等安全功能及吹氣等輔助功能。其中，空壓警告是當(dāng)大端子模具空壓時產(chǎn)生的壓力特性曲線會與正常壓線產(chǎn)生一定差距，壓力控制會根據(jù)差異快速判斷并發(fā)出警報;而氣壓過低報警裝置是根據(jù)氣壓表傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行判斷，這兩個功能能有效地降低工人操作失誤等原因造成的設(shè)備損壞并提高模具使用壽命。吹氣功能是為了利用氣壓系統(tǒng)吹出端壓后報廢的端子，可以大大提高模具端壓的工作效率。

3 大端子壓接機(jī)壓接質(zhì)量分析

根據(jù)大端子常見質(zhì)量缺陷，本文主要從拉拔力和目測外觀質(zhì)量兩個維度進(jìn)行分析。為了得到科學(xué)的數(shù)據(jù)，本文統(tǒng)一研究線徑為2.0 mm2的壓接質(zhì)量;并根據(jù)不同的剝頭長度、不同的壓接部位，設(shè)置嚴(yán)格的分組。

3.1 端子拉拔力大小分析

本文設(shè)置了12組試驗，結(jié)果見表1，12組試驗數(shù)據(jù)中僅有2個樣本NG，不良率約3.33%，基本滿足目標(biāo)。其中，不良品集中在第3組，經(jīng)分析該組試驗不良率高的原因主要為剝頭長度不夠，說明線束的剝頭尺寸也影響端子壓接質(zhì)量。在實際生產(chǎn)中，為保證端子的壓接質(zhì)量，剝頭長度等因素仍然需要管控。

3.2 端子目測外觀分析

大端子的壓接質(zhì)量外觀分析按照如下順序進(jìn)行：先大后小，先前再后，先正面再后面，先整體后局部，即按照端子的正面→端子側(cè)面→端子背面→端子側(cè)面→端子前端→端子尾端的順序。根據(jù)對試驗樣品大端子前端接插區(qū)、導(dǎo)體檢查窗、前喇叭口、導(dǎo)體包銅、后喇叭口、絕緣檢查窗、絕緣包銅等多個部位的壓接進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，試驗樣品均滿足相關(guān)要求，開發(fā)的大端子專用模具總體上滿足線束壓接性能要求。

4 結(jié)語

本文主要介紹了汽車線束大端子的壓接工藝，并詳細(xì)分析了大端子壓接工藝的主要質(zhì)量缺陷和管控方式。結(jié)合長期處理線束試制壓接工藝問題的經(jīng)驗，設(shè)計了大端子壓接模具，提高了壓接質(zhì)量。但在實際工作中發(fā)現(xiàn)，端子壓接質(zhì)量除與壓接模具有關(guān)外，還與線束本身、端子的材質(zhì)和厚度有很大關(guān)系。對于線束大端子壓接質(zhì)量管控，除改善模具結(jié)構(gòu)外，仍需要嚴(yán)格的工藝控制，例如控制導(dǎo)線剝頭長度、批量壓接前先進(jìn)行拉力測試驗證等。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]QC/T 29106—2004，汽車低壓電線束技術(shù)條件[S].

[2]白雪，崔穎武.汽車線束自動壓接設(shè)備壓力檢測研究[J].汽車電器，2016（10）：58-59.

[3]張淑紅，陶自春.基于PLC的全自動柔性壓端機(jī)控制系統(tǒng)[J].電氣傳動，2018，48（1）：51-54，64.

[4]奚雷康.淺談汽車線束端子壓接工藝[J].汽車實用技術(shù)，2020（14）：129-131.

[5]石柏軍，李真炎，彭元萍.汽車鈑金件壓力連接質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].機(jī)床與液壓，2015，43（14）：139-141，135.