隨著汽車電器功能配置的不斷豐富,汽車線束所承載的電器功能連接點也不斷增多,而確保汽車線束的連接可靠性的各技術要點中,端子壓接技術由于涉及的過程較多,機械控制難度復雜,在實際的應用層面出現問題最多,本文從涉及端子壓接的物料角度對端子壓接技術的控制要點及判斷要求進行了闡述,為汽車線束工程師在設計及管控方面,提供相應的應對措施和理論依據。
汽車線束作為整車電器電路連接的載體,對整車電器功能的正常使用至關重要。各用電設備以及各分段線束均采用接插件進行連接,是目前行業內實現電路連接的主要途徑。由于接插件的引入,使原本由導線直接傳輸的電路被分割成多部分,連接形式變得更加復雜,而連接可靠性問題也凸顯出來。
其不可靠因素主要來源于兩個方面:一個是接插件本身端子接觸性能的穩定,另一個則是導線與接插件端子的壓接穩定性,本文就端子壓接層面分析汽車線路可靠性控制的關鍵要點。
端子的壓接是為了確保端子與導線實現可靠連接,既可實現較低的壓接電阻,又能得到足夠的機械抗拉強度。通過下圖1中的壓接原理可以清晰地看出壓縮量、機械抗拉強度及壓接電阻三者的關系。

隨著壓縮量的增大,導線拉伸強度由低到高,達到頂峰后開始下降,曲線的下降會伴隨著銅絲過量變形甚至容易被拔斷;而壓接電阻則是由髙到低,形成谷底平緩段后略有回升。從圖中我們可以看出,兩項指標的最佳點并未重合,需要結合整體性能予以平衡。
如何實現最佳的壓接效果是解決端子壓接的關重技術要點,端子壓接的過程是由壓接模具、端子、導線共同機械作業下形成的,本文從壓接的結構性涉及物料層面對汽車線束端子壓接技術進行闡述,提供汽車線束端子壓接的技術要點及控制策略。
壓接模具是實現端子與導線結合的重要部件,端子和導線匹配好后,對壓接質量影響最大就是壓接模具。壓接模具通過積木式設計將各種壓接鉗口、壓板、料帶等組件進行組裝后,實現對端子、防水栓、屏蔽層的壓接,一般的結構形式如圖2。

(1)壓接模具
從制造過程來看,需要做到三齊:端子送料整齊、端子放置平齊、模具鉗口對齊。
端子送料整齊是需要確保端子進料過程中不要出現端子與周邊零件撞擊的情況,使端子可以平穩地進入壓接區域;
端子放置平齊不但要求靜止狀態下平齊,而且在壓接時還不要出現上翹等現象,這就需要模具設計時有結構可以壓住端子前部,使端子固定好后才實施壓接動作;
模具鉗口對齊則是保證導線與端子緊密配合的關鍵,尤其是針對小線徑壓接顯得尤為重要。如圖3所示的鉗口中心度偏差帶來的壓接底部毛刺增加的不良現象。

壓接模具除了在制造過程需要控制其機械配合的整齊度,對鉗口的保養也是很重要的環節,在完成鉗口的設計匹配驗收后,需要定期對鉗口進行維護,避免出現鉗口磨損損傷端子的情況,同時在壓接過程中還可以通過增加壓接油的方式,來減少刀片對端子壓接的粘連和應力釋放,以實現完美的壓接效果,具體壓接不良現象有壓接模具的關聯關系如表1所示,在工程應用環節可以結合該對應關系進行壓接模具的改善。

(2)導線
導線作為電路連接的主要載體,其在端子壓接部位會首先通過剝皮的方式將銅絲外露,導線在剝皮過程中,往往會導致銅絲損傷,不同規格的導線其可剝斷的銅絲根數滿足表2要求,根據導體面積計算的導體許可的剝斷銅絲數須舍去小數點后面的數值取整。

比如針對0.5規格的導線,其銅絲以日標導線標準7根來計算,其可剝斷的銅絲根數為0.35根,取整后為0,說明這種規格的導線在壓接剝皮時不允許出現銅絲斷裂。為了便于導線與端子的壓接,還應控制導線剝皮后絕緣層和銅絲的形態,良好的形態是保證端子壓接效果的前提。具體剝皮失效模式如圖4所示。

在壓接過程中導線另一個重點是剝皮長度,導線的剝皮部位應確保壓接部位位于中部,壓接前后均能看到芯線,具體的芯線失效模式如圖5所示。

端子在壓接部分重點需要控制的內容就是喇叭口結構,喇叭口的存在是為了避免端子對導線造成損傷。
在實際的制造過程中前、后喇叭口都是需要管控的內容,而對端子壓接性能產生重點影響的則是后喇叭口,也就是說后喇叭是端子壓接時必須呈現的狀態。理想狀態前后喇叭口比例為5:5,最差狀態下喇叭口的比例為3:7的狀態,具體喇叭口尺寸要求如下表3所示。

隨著汽車線束輕量化的推進,應用0.13-0.22的導線將更加普遍,小線徑的壓接時,由于銅絲較細,銅導線更易被壓損,這種制造風險使機械性能和電氣性能顯得更難平衡。
為同時獲得良好的壓接機械性能和電氣性能,在端子結構進行設計過程中,將端子的壓接進行功能區分,在靠近導線側,以獲得良好的機械抗拉強度為主,在靠近端子接觸側,以獲得良好的電氣性能為主。
結合端子的壓接原理,由于機械性能的最優點早于電氣性能的最優點,所以將機械性能為主的端子后端高度設計得較低,而前端高度則設計得較髙,使整個端子壓接的機械性能和電器性能得到更好的平衡。

針對端子壓接的判定標準可參見QC/T29106-2014《汽車電線束技術條件》或其它資料中的說明,本文就不再贅述,這里要說明的是針對端子壓接的過程控制一致性來說,端子壓接的標準較多,而對端子壓接的電路連接可靠性來說,重點關注導線的變形量,也即壓接后的導體應呈現不規格的多邊形,如圖7所示

壓接生產過程中,普遍采用端子壓接部位的高度/寬度值(C/H,C/W)作為評價指標。
經過實際的壓接參數監控發現:由于設備的機械穩定性和過程制造偏差,生產放行的壓接髙、寬標準應該比設計的壓接高、寬要求更嚴,這樣才能確保壓接質量處于可靠的范圍內。
比如:在測量端子高度(C/H)時,正常的設計公差范圍為±0.05mm,實際生產放行,可以將其調整為±0.02mm,即使設備存在正常的壓接波動,也可以保證端子的壓接髙度滿足標準要求,最大限度地滿足壓接性能指標的達成。