淺析線束制造工藝

陳世杰

摘 要 線束是機電一體化系統中電氣線路的構成主體，但現實應用中常常被機電設計人員所忽視。作為機電系統的一個重要安全部件，線束制作工藝要求很高，微小的加工疏忽也可能造成嚴重失效后果。本文主要圍繞線束制造工藝中產生的問題展開說明，并對一些常見問題進行分析，為以后同領域研究人員提供一些借鑒。

關鍵詞 線束制造；工藝設計；制造流程

通常而言，線束制造需要遵循以下工藝流程：來料檢測—材料出庫—開線—前預裝—壓接—預裝—總裝—導通檢測—全檢—包裝—入庫等。其中開線、壓接、預裝、總裝是線束制造中最具特色，也是最為重要的工藝步驟。

1 開線工藝

線束制造的第一個步驟是開線。開線是指按照線束加工工藝的要求，將電線和保護管剪裁合適尺寸，并對電線進行剝皮、絞線和捆扎處理。開線工藝的準確直接關系到整個生產進度，一旦出現工序批次不良，特別是開線尺寸偏短，會導致所有工位返工，直接影響后工序生產。因此在編制開線工藝說明書時，一定要根據產品圖紙的要求，合理地設定導線的開線尺寸、剝皮尺寸、剝皮方式和捆扎方式等關鍵要求。

1.1 開線尺寸

開線長度過長會導致該回路裝配完成后產生余富，進而導致整體線束直徑偏大影響系統的可裝配性；同時會導致線體彎曲產生應力，影響線束的耐久性。開線長度太短會導致該回路裝配時夠不到安裝距離導致回路報廢，或者勉強夠到距離但是導線緊繃，整個功能接口的應力集中于該回路，設備運作過程將產生回路脫落的故障。要避免開線尺寸過長或過短的問題，一方面需要在產品開發階段試做、驗證獲得最佳的回路長度參數，另一方面需要在每個批次的生產過程中做好設備調整和參數設置。因為電線在裝配和布線的過程中會因為連接器的大小、布線彎折點的曲率變化、走線的內外徑不同而產生偏差，所以產品設計階段確定的開線長度不能是僅僅依據圖面作業做出的推算值，而應該是嚴格進行樣件試做、驗證開線偏差量并固化于圖紙上的實測值。批次生產過程會遭受電線材料變差、電壓波動、壓縮空氣壓力波動、開線機送線系統跳動、矯直系統跳動、壓緊輪的壓力變化、壓緊輪磨損變差、進刀量和退刀量跳動等噪聲因素影響，所以設備加工參數需要在每個批次的開工生產時做出微調，并對首件進行檢查確認，核實實際的開線長度符合圖紙要求后才能進行批量生產。批次設備加工參數設置的核心是壓緊輪設置。首先應根據不同的導線絕緣材質選擇適配的壓緊輪，其次應定期檢查壓緊輪的磨損狀況，再次應在每個批次開工前清理壓緊輪污漬才能穿線，最后應控制壓緊輪的松緊度：壓緊輪壓力大—導線壓力/阻力增加—導線絕緣損失超標/實際開線尺寸比預設尺寸短；反之，壓緊輪太過于松懈—導線阻力不穩—實際開線尺寸跳動大。

1.2 剝外皮

剝外皮的質量關鍵是股線損傷特性和絕緣皮損傷特性。股線損傷特性的質量目標是導線的導體切斷面垂直于導線縱軸線、所有股線的長度一致、導線沒有刮傷/刻痕/斷開/壓扁或其他損傷；絕緣皮損傷特性的質量目標是加工后的絕緣皮切口整潔，沒有任何刺穿、拉伸、磨損、變色、燒焦或燒傷。開線工藝需要重點關注以下七點：第一，導線校直系統的壓力調節能大體校直導線同時保證送線順暢；第二，導線導管應選擇導管內徑略大于導線絕緣外徑，確保送線順暢且導線出導管后彎曲偏移單側不超出刀口寬度的六分之一；第三，導線導管應調整對準刀口合模中心點；第四，刀口應保持鋒利；第五，進刀量應調節切入四分之三的絕緣厚度；第六，退刀量應調節保留四分之一的絕緣厚度；第七，特殊的硬質絕緣應采用橢圓形刀口替代V型刀口。

一般來說，開線數量會按照十的進制作為衡量單位，并采用扎帶或橡皮筋捆扎。同一批次放入同一個周轉箱或周轉車內。這樣的做法目的是為了保持線的統一，不會出現混亂，減少取線時間，提高工作效率[1]。

2 壓接工藝

壓接工藝是指通過外力使電線與端子接觸面強力結合，從而達到電氣導通和牢固連接的目的，是當前最快、最可靠和牢固的端接方式之一。端子壓接的高度、剖面狀態及拉拔力是壓接質量的最核心要求。基本的壓接工藝要求導線、適配于導線的連接器、適配于連接器的模具三種元素，可靠的壓接要求所有元素適配。

2.1 導線

導線可以分為兩種：實心線和絞合線。實心線：通常是對一金屬進行拉絲。絞合線：一組或幾組實心線的組合，在絞合線中，導體經常編織或纏繞在一起，絞距是導線繞導體軸一整圈要求的長度，這就是所說的絞層。同樣線號的絞合導體比實心導體的柔韌性更大，絞合導體可以經受住多次的彎折而不至于斷裂，能更好地承受震動，盡管對絞合導體鍍鎳不是很理想，但是相對于實心導體來說，已經是很好了。壓接工藝必須采用絞合線，推薦采用7芯或19芯結構的“同心絞合線”。

圖1是一個7根線的絞合導體。值得說明的是直徑相同的7根線中，6根線圍繞著一根線作為中心軸，這是一種結合最緊密的形式，最終，絞合導體的外周就會形成一正六邊形，換句話說，盡管七股線的組合并不是圓形，從幾何的角度來說，幾根圓柱體成60度的組合是結合最緊密的方式，如（圖1b）。另一個緊密結合是在圖形外面增加另一排導線（同樣是六邊形）這就是為什么7股和19股是最常用的實心導體的組合。

當一個圓和另一個圓相切時，不可避免地會出現縫隙，如圖1c中出現的有兩種縫隙，一種是內部縫隙，另一種是外部縫隙如圖1d，值得說明的是在壓接前有6個內部縫隙和6個外部縫隙，19根實心導體組成的絞合導體有24個內部縫隙和12個外部縫隙，優良的壓接應大大減少縫隙的數量和大小。

在圖1e中，在壓接過程中，壓力會使圓柱形的導線變為不規則的多邊形，最終的形狀為蜂窩狀。這種形狀的變化對于電氣性能的提高是很重要的。在這種壓力下，也會產生“冷焊接”，在壓接的過程中，縫隙的減少并不會對產品的壽命產生影響，在圖7中清楚地表明了壓接表面的不規則形狀，我們可以從顯微鏡成像中得到類似的圖片。

2.2 端子

在線束行業中有多種不同形狀的端子，也有使端子形成不同形狀的多種壓接方式，開口筒端子壓接形成“B”形狀的壓接（有時被稱為F形狀）是最常見的壓接方式。

圖2中所示，在壓接過程中，端子包腳從壓接前變為壓接后的形狀。

如圖1和2所示，最終的壓接形狀看起來像倒放的字母B，因此這種壓接方式稱為B方式，對于開口筒的端子來說，這是最常見的壓接方式。

當指定壓接高度和寬度時，壓接端子的形狀就形成了，我們可以考慮用長方形來表示，如圖3所示，壓接的高度（CH），壓接寬度（CW）。值得說明的是在B類型壓接中，當獲得最大的壓接高度時，并不能獲得最大的壓接寬度。B類型的壓接底部不是平的，而是成一弧度，必須從壓接高度中減去彎曲高度才能達到壓接寬度最大值的位置[2]。

壓接高度于寬度的關系是獲得理想性能條件的重要因素之一，被稱為壓接比率（CR）

CR = 壓接高度 / 壓接寬度

需要注意的是當壓接高度減少時，包腳易彎折（依賴于包腳的長度）。

了解了①壓接比率，②包腳的截面積③導體的截面積，就可以計算出所壓接材料的壓縮，正如我們前面所說的，芯線由圓形經過壓接變為不規則的多邊形，這被稱為“壓接壓縮百分比（CCP）”。

CCP=最終壓接形狀的面積/壓接前包腳和線截面積之和。

典型的B導體壓接應滿足

（1）壓接比率CR為55%-70%

（2）壓接壓縮百分比CCP為75%-90%

如果包腳和線號不適配，在多數情況下，即使在這個范圍內也很難找到可以接受的壓接。

2.3 壓接模具

大部分進口連接器制造商在銷售連接器的同時會配套銷售壓接模具，但是這種模具存在售價極高、不能同時滿足多家主機廠標準等問題；而國產連接器制造商一般不配套銷售壓接模具。絕大多數線束廠采用自主設計開發壓接模具的方式來規避以上問題。壓接模具設計水平的高低成為線束廠技術能力的關鍵評價指標。壓接模具的設計需要根據端子的幾何形狀、配接的導線的幾何結構，進行復雜的幾何運算，在此不展開說明。

3 預裝工藝

預裝工序是將開線工序或壓接工序后的半成品，與護套、管類和橡膠件等零部件裝配成進一步半成品的過程。對于相對復雜的線束設置預裝工序，是為了減少總裝流水線相應工位的作業負荷和先對困難工位的預裝工作量，從而實現總裝線瓶頸消除，改善總裝流水線平衡水平，提升總裝線整體效率。預裝工序安排的合理與否，直接體現了線束加工工藝水平的高低。一般來說，預裝工序除了需要按照預裝工藝操作說明書進行作業外，還需要工藝人員根據生產現場的反饋信息進行持續不斷的改善，并對修正內容進行總結，從而實現線束加工企業的技術積累[3]。

4 總裝工藝

總裝工藝是將開線或壓接后的半成品、預裝后的半成品同其他材料，在工裝板上組合成線束成品的過程。基于總裝工序的工藝特點，標識清晰全面的圖紙、定位準確的工裝板可以有效減少總裝過程中的人為失誤。合理規劃工作區域的物料放置和標識，合理設定各工位的工作內容和要求，及時調整平衡各工位工作量，有助于總裝流水線整體效率的提高。

5 結束語

可靠的線束系統并不容易獲得，必須對線束系統設計、加工的各個環節進行全方位的把控。規范的線束產品設計、驗證和確認，嚴謹的線束制造過程開發、驗證和確認，嚴格的變更管控是獲得線束系統可靠性的基礎。而線束制造過程中的開線、壓接、預裝、總裝等關鍵工藝要求的標準化和分層審核系統則保證了線束一致地維持在高可靠性區間，避免線束在使用中產生危害性。

參考文獻

[1] 劉振超，谷孝衛，周鋒，等.淺析汽車線束布置設計及原則[J]. 汽車電器，2016，（02）：12-13.

[2] 劉振超，王龍波，宗喜旺，等.淺析汽車線束設計的原則[J]. 汽車電器，2015，（02）：19-22.

[3] 谷孝衛，趙旺增，蔣小娜.從汽車整車電氣原理到2D線束的轉化設計[J]. 汽車電器，2008，（05）：6-14.