提高微矩形電連接器裝配質(zhì)量一致性工藝研究

袁聚虎，鄭 芳，李曉磊，趙君華，劉瑩瑩

（鄭州航天電子技術(shù)有限公司，河南鄭州，450001）

1 引言

J30J系列微矩形電連接器以其高可靠性、長壽命、體積小、重量輕、密度高、通用性強(qiáng)、品種規(guī)格齊全等眾多優(yōu)點(diǎn)，在宇航、運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈等型號上得到廣泛應(yīng)用。據(jù)估計(jì)，目前微矩形電連接器的年需求量約為300萬到400萬只，市場規(guī)模約10億，隨著電子設(shè)備小型化、集成化的不斷發(fā)展，該類連接器的需求還在不斷增加，市場前景廣闊。

J30J系列產(chǎn)品尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，采用剛性插孔和彈性插針接觸對，與傳統(tǒng)剛性插針和彈性插孔連接器相比，在批量生產(chǎn)過程中，裝配需要專用的工裝進(jìn)行輔助，接觸件裝配尺寸易出現(xiàn)高低不齊、質(zhì)量一致性不高的問題，高低互差明顯的產(chǎn)品曾發(fā)生用戶拒收的情況，一次交檢合格率約為60%，影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)品制造成本。因此，有必要開展J30J系列產(chǎn)品裝配質(zhì)量一致性技術(shù)研究，為產(chǎn)品穩(wěn)定大批量生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

2 原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

J30J系列微矩形電連接器接觸件尾部端接方式有壓接型、焊接型、直插式印制板、彎插式印制板等，本文主要針對壓接型插頭產(chǎn)品開展技術(shù)研究，研究成果可推廣應(yīng)用到J30J微矩形電連接器其它端接方式的產(chǎn)品。

微矩形電連接器壓接型插頭產(chǎn)品主要由插頭殼體、絕緣體、絞線插針組件、環(huán)氧膠、導(dǎo)線等零件組成，如圖1所示。

圖1 壓接型插頭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

絞線插針組件壓接導(dǎo)線后，裝入插針絕緣體的通孔內(nèi)，由于組件與絕緣體間存在間隙，為了實(shí)現(xiàn)組件的軸向定位，需要專門的定位工裝保證裝配后絞線插針針頭與絕緣體端面的距離尺寸A滿足設(shè)計(jì)要求。最后，將絕緣體、帶線絞線插針組件和殼體三者通過環(huán)氧膠粘劑固定在一起。其中，絞線插針組件由絞線插針和套管兩個(gè)零件壓接在一起。

由結(jié)構(gòu)可知，定位尺寸A由組件的制造精度和裝配定位精度保證，尺寸鏈長，累積公差大，為達(dá)到較高的定位精度需要在組件和整件裝配過程中采取相應(yīng)的措施。

2.2 工藝流程

壓接型連接器的裝配工藝流程圖如圖2所示，主要包含了出驗(yàn)（配發(fā)零件和檢驗(yàn)）、標(biāo)識（殼體上標(biāo)記產(chǎn)品型號、批次等信息）、清洗（零件前處理）、涂覆、鉚接鎖緊組件、壓接導(dǎo)線、總裝（裝絕緣體、定位組裝帶線插針、灌膠、固化）、校正、常規(guī)檢驗(yàn)、例行檢驗(yàn)、包裝等工序。

圖2 裝配流程圖

在生產(chǎn)過程中，總裝工序是保證定位尺寸A的關(guān)鍵。由接觸件定位原理可知，定位尺寸A由壓接后插針露出套管長度尺寸B、工裝插孔露出定位基準(zhǔn)面尺寸C、絕緣體定位后與定位基礎(chǔ)面間隙D和定位后套管與工裝插孔端面間隙E共同決定，定位后接觸體通過環(huán)氧膠粘劑灌膠固定，見圖3所示。

圖3 接觸件定位原理圖圖

由產(chǎn)品接觸件定位原理進(jìn)行分析可知，定位尺寸A＝（C＋E－B－D），四個(gè)因素累積可以導(dǎo)致A尺寸的公差范圍變大，出現(xiàn)高低互差明顯的情況，尺寸C由機(jī)加工完成，尺寸精度很高，可以滿足裝配要求，尺寸E、B、D等受裝配過程的人為因素明顯，本研究從這三個(gè)因素著手進(jìn)行：

（1）壓接后插針露出長度尺寸B

絞線插針組件是由絞線插針和套管通過壓接方式連接在一起，如圖4所示，采用手工壓接鉗和定位器工裝完成壓接，由于人工操作套管在定位器中的垂直度和定位差異較大，導(dǎo)致壓接后插針露出長度尺寸B尺寸范圍較大，個(gè)別組件存在尺寸超差，批次一致性很難保證。

圖4 絞線插針組件示意圖

（2）定位基準(zhǔn)面

絕緣體與定位工裝配合后，絕緣體的下端面應(yīng)與定位工裝大面接觸且無縫隙，形成統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)面，如圖3尺寸D所示。依靠操作人員在逐個(gè)裝入帶線插針時(shí)壓緊絕緣體，當(dāng)插針裝入較多后，一旦插針絕緣體下端面與定位工裝大面存在縫隙，則很難將插針絕緣體壓至貼緊工裝大面，出現(xiàn)定位基準(zhǔn)面不統(tǒng)一問題。

（3）灌膠過程中插針受力退回

帶線插針在裝入絕緣體后，由于插針與絕緣體孔為間隙配合，在連接器軸向方向上僅依靠插針與工裝插孔較小的分離力固定。在后續(xù)灌膠過程中，需要分開導(dǎo)線便于進(jìn)行充分灌膠，導(dǎo)線如受到較大外力則會帶動插針向后退回，絞線插針組件套管端面與工裝插孔端面之間存在縫隙（圖3尺寸E），導(dǎo)致插針高低不一致問題，此時(shí)產(chǎn)品插合端插配有針定位工裝，殼體尾部灌膠腔充滿膠液，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)插針高低不一致的問題。

針對上述三個(gè)影響因素，開展提高J30J微矩形電連接器裝配質(zhì)量一致性技術(shù)研究。

3 采取措施

3.1 絞線插針組件尺寸控制

針對手工壓接尺寸一致性不高的問題，與非標(biāo)設(shè)備廠家聯(lián)合開發(fā)了1臺絞線插針組件自動壓接設(shè)備，具備自動上料、自動定位、自動壓接和在線自動檢測篩選等功能，設(shè)備實(shí)物如圖5所示。

圖5 絞線插針組件自動壓接設(shè)備圖

通過設(shè)備實(shí)現(xiàn)了絞線插針針頭自動定位和壓接后自動檢測兩個(gè)核心功能，其解決方案如下：

（1）自動定位：通過彈性定位實(shí)現(xiàn)了絞線插針和套管的裝配尺寸的精確定位和壓緊，防止壓接過程中零件竄動導(dǎo)致尺寸超差和裝夾過緊造成的劃傷。

（2）自動檢測：絞線插針組件在夾持機(jī)構(gòu)的帶動下低速旋轉(zhuǎn)，CCD按照一定頻率高速采集圖像與預(yù)先設(shè)置的尺寸標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對比，判斷壓接后的尺寸是否符合要求，對壓接后的尺寸實(shí)現(xiàn)了在線檢測和篩選。

3.2 定位基準(zhǔn)面控制

針對定位基準(zhǔn)面易出現(xiàn)偏差，不統(tǒng)一問題，新設(shè)計(jì)了壓緊工裝，絕緣體與定位工裝配合后，依靠壓緊工裝實(shí)現(xiàn)絕緣體下端面與定位工裝大面的一次定位壓緊，不需依賴操作人員的重復(fù)壓緊，實(shí)現(xiàn)了定位基準(zhǔn)面的統(tǒng)一，壓緊工裝應(yīng)用如圖6所示。

圖6 壓緊工裝應(yīng)用示意圖

3.3 裝配工藝流程優(yōu)化

針對灌膠過程中插針受力退回而又無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，優(yōu)化裝配工藝流程：將總裝工序拆分為組裝、灌封兩道工序，組裝工序主要內(nèi)容是將絕緣體與針定位工裝配合，將帶線插針逐一裝入絕緣體孔內(nèi)，然后在插針相鄰兩點(diǎn)之間以及排與排之間灌封環(huán)氧膠，灌膠厚度約1mm內(nèi)（以露出插針壓線筒端面為準(zhǔn)），自然固化一定時(shí)間，形成內(nèi)芯組件。此時(shí)，膠液處于不完全固化狀態(tài)，插針裝配位置已被固定，可將內(nèi)芯組件從針定位工裝上取下，檢查是否存在插針裝配尺寸偏差大的問題；如有，可使用熱風(fēng)槍加熱該接點(diǎn)環(huán)氧膠至軟化狀態(tài)，使用工裝調(diào)整插針裝配尺寸在要求的范圍之內(nèi)，調(diào)整后停止加熱，環(huán)氧膠變硬收縮重新固定插針的位置。灌封工序主要內(nèi)容是將內(nèi)芯組件裝入殼體內(nèi)，在殼體灌膠腔內(nèi)灌封環(huán)氧膠，固定絕緣體、插針和導(dǎo)線。優(yōu)化后的裝配工藝流程如圖7所示。

圖7 優(yōu)化后裝配工藝流程圖

4 應(yīng)用效果

通過采用非標(biāo)自動化設(shè)備控制絞線插針組件壓接尺寸精度，增加壓緊工裝保證裝配過程中的定位基準(zhǔn)面統(tǒng)一，充分利用環(huán)氧膠特性優(yōu)化裝配工藝流程，消除裝配過程中人為因素的影響，最終保證了接觸件的裝配尺寸精度，大幅提升了J30J微矩形電連接器的裝配質(zhì)量一致性，通過多個(gè)批次的生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，取得如下效果：

（a）絞線插針組件實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，加工合格率達(dá)到96%以上，精度達(dá)到0.05mm，生產(chǎn)效率提高2倍以上；

（b）微矩形電連接器插頭整件裝配一次交檢合格率由60%提高到95%以上。

5 結(jié)論

本文以J30J微矩形電連接器壓接型插頭為主要研究對象，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裝配工藝流程，具體分析了造成接觸件裝配尺寸不一致的原因，從控制絞線插針組件壓接尺寸精度、統(tǒng)一定位基準(zhǔn)面和優(yōu)化裝配工藝流程三個(gè)方面采取措施，大幅提高了微矩形電連接器產(chǎn)品接觸件裝配尺寸一次交檢合格率，提升了產(chǎn)品外觀質(zhì)量，同時(shí)該研究還可推廣應(yīng)用于其它同類產(chǎn)品。