大端子壓接機應用研究

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，具有良好的穩定性。目前，國內汽車主機廠越來越關注汽車線束的試制質量，對小批量的、非標準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行了深入研究，并嘗試開發了相應的壓接模具和壓力監控系統，旨在為線束大端子壓接和質量改善提供一種可借鑒的思路。

【關鍵詞】汽車線束;大端子;壓接質量;模具設計;系統控制

【中圖分類號】TM503.5 【文獻標識碼】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雜，汽車行業對整車線束信號的傳遞質量的要求越來越高。目前，整車線束主要靠端子將導線、接插件和其他元器件連接起來，因此端子壓接質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。對于汽車大功率的部件而言，例如起動機、蓄電池、發電機、轉向助力電機等，這類電器元件所需的端子一般較大。這類大端子的壓接質量缺陷可能會直接造成端子脫落，導致汽車行駛故障。

1 大端子壓接技術簡介

1.1 汽車線束及端子概念

汽車線束主要是由電線、端子、接插件和護套等材料組成，是汽車動力和信號傳輸分配系統的總成，它是汽車電路的網絡主體，將信號轉化成電流進行傳遞。目前，汽車所需的驅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，原有的細如毛發的銅導線會發散開來，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，電線的粗細也有所不同，也就是電線的線徑各不相同。標準的汽車線束規格的截面積為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，比如發電機線束、啟動機線束和搭鐵線，線束的截面積至少選用2.5～4.0 mm2。蓄電池的正負極電源線的線徑甚至達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境容易受到外力影響，因此對于壓接質量的要求更加嚴格。

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過剝頭后的汽車線束上的導線與端子上的導體壓接片緊密結合，目前導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，與傳統的焊錫相比具有更高的可靠性。此外，由于壓接具有連續性和可重復性，工作效率較高，可以進行批量生產，因此主流的汽車線束企業大都采取壓接連接導線和端子。

根據《汽車電線束技術條件》（QC/T 29106—2014）等行業技術標準，端子的壓接質量標準主要由以下幾個方面評價[1]。

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

（2）外觀：在導體壓接區，導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體壓接區;壓接區電線前段線端是否可見;壓接區是否有飛邊毛刺等。

（3）剖面質量：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、毛刺高度等參數也是評價端子壓接質量的重要依據。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。經過不斷地測試，導線截面形狀如“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械壓力較大，更容易出現端子壓接變形等質量缺陷。大端子壓接對于機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現，大端子壓力機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量并進行了應力分析，提出了一種大端子的模具改善方法。圖4為壓接質量良好的大端子。

2 大端子壓接設備及模具的應用

為了保證端子的壓接質量，大端子必須采用專用模具，并且配套具備壓力監控的半自動或全自動設備。如果壓接次數較多，還得增加相應的壓接次數監控裝置，避免模具損壞后，出現批量的質量缺陷[2-3]。

2.1 大端子壓接質量缺陷

2.1.1 壓接高度過小或過大

壓接高度是指線束壓接區的截面高度，根據現場實踐經驗，一般通過線束壓接的壓接高度衡量壓接的質量。壓接高度過小會導致線芯電壓降偏大、額定電流偏小、線芯及導體壓接區的金屬易折斷等問題。壓接高度過大會導致線束壓接強度不夠，容易導致線束端子脫落、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量[4]。

2.1.2 壓接區域過度彎曲

壓接區域過度彎曲的原因主要是模具設計不良，壓接時應力集中，導致端子彎曲。因此，設計模具時應考慮限制端子前部上翹的功能，在設計過程中可采取增大壓接接合區等方法。

本研究在分析大端子應力情況時，詳細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，并依次設計了相應的模具。圖5為模具的數模圖。該模具具備縱向可調的特點，能適應多種大端子的特性，具備良好的柔性。

2.2 大端子壓接設備壓力監控系統的設計

目前，國內的端子壓接質量主要靠破壞性試驗判斷連接質量，大端子種類較多且沒有統一的質量標準，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力狀況下，基于氣壓原理設計了一套自動化壓力監控系統。該系統采用氣壓表實時監控的方式，結構簡單，有效地控制了大端子壓接過程中的壓接力，并借鑒了國內學者石柏軍等關于質量監控系統的思路，成功設置了一套可以用于質量管控的壓力監控系統[5]。

壓力監控系統主要由壓力傳感器、壓力顯示屏、壓力報警器及對應的壓力系統組成，其中壓力系統是以大端子的步距為參數進行夾緊和安裝后，并根據線材對應的長度將大端子送到指定位置后進行壓接，壓力由一個H2MD步進電機提供。壓力傳感器安置在大端子模具下方，當步進電機通過傳動機構持續施壓后，壓力傳感器會將收集到的壓力信息傳輸到壓力監控系統，并顯示在壓力顯示屏上。當壓力過小時，壓力顯示屏顯示的數字呈黃色，并提示“壓力不足，請繼續施壓”;當壓力過大時，壓力顯示屏顯示的數字呈紅色，并提示紅色感嘆號;當壓力達到預定的安全范圍，顯示屏上的數字呈綠色。

壓力監控系統還具備空壓警告、氣壓過低報警等安全功能及吹氣等輔助功能。其中，空壓警告是當大端子模具空壓時產生的壓力特性曲線會與正常壓線產生一定差距，壓力控制會根據差異快速判斷并發出警報;而氣壓過低報警裝置是根據氣壓表傳輸的數據進行判斷，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 大端子壓接機壓接質量分析

根據大端子常見質量缺陷，本文主要從拉拔力和目測外觀質量兩個維度進行分析。為了得到科學的數據，本文統一研究線徑為2.0 mm2的壓接質量;并根據不同的剝頭長度、不同的壓接部位，設置嚴格的分組。

3.1 端子拉拔力大小分析

本文設置了12組試驗，結果見表1，12組試驗數據中僅有2個樣本NG，不良率約3.33%，基本滿足目標。其中，不良品集中在第3組，經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量。在實際生產中，為保證端子的壓接質量，剝頭長度等因素仍然需要管控。

3.2 端子目測外觀分析

大端子的壓接質量外觀分析按照如下順序進行：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→端子側面→端子背面→端子側面→端子前端→端子尾端的順序。根據對試驗樣品大端子前端接插區、導體檢查窗、前喇叭口、導體包銅、后喇叭口、絕緣檢查窗、絕緣包銅等多個部位的壓接進行檢測發現，試驗樣品均滿足相關要求，開發的大端子專用模具總體上滿足線束壓接性能要求。

4 結語

本文主要介紹了汽車線束大端子的壓接工藝，并詳細分析了大端子壓接工藝的主要質量缺陷和管控方式。結合長期處理線束試制壓接工藝問題的經驗，設計了大端子壓接模具，提高了壓接質量。但在實際工作中發現，端子壓接質量除與壓接模具有關外，還與線束本身、端子的材質和厚度有很大關系。對于線束大端子壓接質量管控，除改善模具結構外，仍需要嚴格的工藝控制，例如控制導線剝頭長度、批量壓接前先進行拉力測試驗證等。

參 考 文 獻

[1]QC/T 29106—2004，汽車低壓電線束技術條件[S].

[2]白雪，崔穎武.汽車線束自動壓接設備壓力檢測研究[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控制系統[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，2020（14）：129-131.

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