端子压缩比标准的研究与讨论

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　　摘  要：
　　1.  端子压接效果对产品功能的影响方面：机械性能与电气性能；
　　2.  压缩比和截面视觉检测是作为端子压接质量好坏检验的主要标准；
　　3.  材质硬度与零件结构是影响压缩比和截面的主要两个因素；
　　4.  压缩比定义的也会一定影响着压接截面效果，两者相互影响制约；
　　关键词：端子压接效果，截面，视觉检测，压缩比定义；
　　本文内容仅作为纯的理论学术性研究，而本人也仅从个人所学和所了解中的知识内容，以尽量浅显的道理，理论或者例子对影响压接的几个主要因素和需要掌握的知识内容进行阐述和解释，方便大部分人能快速轻松的理解。其中也可能某些知识面的不足或者欠缺而导致的某些观点或者结论上的不足与错误，希望更专业的人能出来指正，不胜感谢；
背 景　　线束行业中我们经常会接触到端子压接工艺，也会有很多关于压接上的工艺技术方面讨论。而其中的压接压缩率（比）和截面就是经常讨论和研究的范畴：根据两者的信息，确认其压接效果是否合适，确认如何改善等等内容。关于这方面的内容，有着诸多的文章，资料和标准进行讨论和说明，因此本文也就不再涉足：
　　但是，是否发现以下疑问：
　　1.  我们经常提及和讨论的压缩比标准 70%~90%，这个范围其实是比较大的；
　　2. 这个数据标准在很多行业或者企业标准中有提及，却没有一个很详细的说明和强行定义。为何？要解决以上疑问，就需要了解和掌握某些相关的信息。
第一节：压缩比的定义　　如 VW60330 的定义公式可知:
　　η=S(总压)/S(c+t)*100%                    公式1
　　S(总压)=Sc（压)+St（压)                    公式2
　　S(c+t)=Sc+St                                      公式 3
　　η：压缩率/比；
　　Sc（压)：压接后的线缆导体截面积之和；
　　St（压)：压接后的端子截面积；     
　　Sc：压接前的线缆导体截面积之和；
　　St：压接前的端子截面积；
　　在不同的标准中，压缩比η的定义和表达的方式有所不同。比如 USCAR21 中的定义为压缩前后的变化量与最初压接前的比值。两者的关系就是两者之和等于压接前的截面积。简单地表达两个标准之间的关系，就如公式 4 一样。因此两者的核心理念是一致的；
　　η’=1- η---------------- 公式 4
　　而该标准也提及，好的压接比时从 15%~20%开始；所以后续如果有人拿着 USCAR 的标准，说压缩比要达到20%也是没问题的，这就相当于我们常说的压缩比80%的标准。
第二节：压缩比的各参数涵义　　1. 截面积是针对所有压接部位的导体部分：如图 1 这样的带胶套的端子压接，在考虑时就不能考虑其胶套部分：

2.导体部分是包含所有在这个压接点上的导体： 　　2.1 并线压接时，需要计算所有压接在一起的线缆导体的，而不是只考虑其中一根/款；

　　2.2  有时候会遇到端子与线缆不匹配的情况，为了避免其导致的端子保持力不足，实行的一系列的办法：额外增加铜丝；导体对折后压接；单独再加一股合适的导体等。如图（3）所示。此时增加的部分是必须要考虑在其中，而这些情况，计算时却经常被忽略。

第三节：压接材料　　当前市场行业中，常见的线缆导体为铜，铝，以及合金（如铜铝合金等），而端子的材料主要以磷铜，黄铜,紫铜和铝为主；材料的变形与以下两个主要因素有关：硬度与结构；
　　3.1 材料硬度：众所周知，在其他条件一样的前提下，硬度较软的会先开始变形，而且其变形量会更大。同理如果两者材料硬度接近，那么变形量也会差不多。此时的公式2中S(总压)=Sc（压)+St（压)=2Sc（压）=2St（压)。所以我可得到：
　　Sc（压)=K*Sc
　　St（压)=K*St
　　K:压缩率，取值为 0~1；
　　此时公式 1 的压缩比η=K，两款物料的各自压缩比就同时分别和总压缩比时一样的。
　　3.2  零件结构：在微观上来看，铜丝就是圆型，而端子就是面（可以为平面，也可以为弧面）。两者开始接触变形时，在截面方向来看，铜丝受力就是一个点，而端子就是一根线。现实中的铜丝会因为材质的原因优先开始变形，而且刚开始的变形量会大于端子。随着挤压变形的增加，铜丝之间以及铜丝与端子之间的接触面会逐渐增大，则其接触面的压强开始逐渐减小，铜丝内部之间以及铜丝和端子之间的间隙也开始逐渐减小。理论空间上有6 个面可供材料在挤压时进行塑性形变流体进行扩散，而上下左右被刀片和模具包围后，就只剩下沿着线缆轴向的前后两个面开始扩散。因此，当压接处内部间隙仍未完全排除殆尽时，应力在这几个面上相互挤压作用。直至内部间隙被完全挤压殆尽。当多股铜丝就基本被挤压变成了一股，如再继续受力，则所有的流体就都会沿着线缆轴向挤出，从而使截面积减少；
第四节：相互关系　　了解和掌握了以上基本信息前提之后，才能讨论压缩比，变形，截面积，材料，压接质量，电气性能与机械性能等之间的相互关系。
　　在很多标准中，压接之后的截面积上不能有孔洞间隙。其原因如下：
　　1. 电流的流动方向的。如果按照线束产品方向来看，电流就是从线端部传至压接点，再至端子上，最后到达终点。因此，在压接处的电流传输方向也就不是简单的直线式，而是”Z”型的折线式，如图 4 中的 I1→I2→I3 流动方向：

　　而压接处的端子与线缆导体的变化也就决定了产品的电气特性：

　　a.  压接前:端子和线缆导体处于开路状态，此时无电流通过；
　　b. 压接时：当线缆导体与端子内侧开始接触，并开始变形时，此时线缆导体中单根导体之间以及导体与端子之间有间隙。由于是低频大电流，因此电流会从核心通过最近的路线向四周通过导体接触面开始传输，如图6中的I2-1→I2-2→I2-3路线。由于此时的导体之间的接触面还未完全，也就是电路宽度还不是最大状态（如图 6 中的蓝色线段）。此时的系统最薄弱点就是这些蓝色的接触面：电阻最大，承载电流最小。但是随着接触面变大（蓝色线段边长），其系统中能符合电流的电路宽度也在逐渐加大，因此此时的承载电流会逐渐随着接触面的变大而变大；所以压接有间隙时，其电路宽度未达到最大，则承载电流就会降低，在过相同的电流下，其温升就会更高一些；

　　c.  压接完：理论上此时，刚好内部的间隙全部都排空了，电流 I2 可以通过任意途径传向端子，此时的电路截面宽度已经达到最大值，所以其对应的承载电流也最大；
　　d.  过压接：当压接的截面再继续压接缩小时，则系统的电阻就增加了，此时的最大承载电流能力就开始回落。
　　2.而同时的机械性能，截面的间隙和面积依然如此：端子与导体的保持力如公式5 所示。

　　F：端子保持力；
　　f(c)：端子与铜丝的摩擦力；
　　Fb：线缆导体的拉断力；
　　备注：力是有方向性的；
　　摩擦力f：两表面之间的摩擦力与正向压力成正比。摩擦系数由滑动面的性质、粗糙度和（可能存在的）润滑剂所决定。滑动面越粗糙，摩擦系数越大。物体间的摩擦系数分为两种，一种是滑动摩擦系数，另一种为最大静摩擦力系数，在数值上，后者略大于前者。因此接触面越大，其对应的摩擦力也就越大， 那么端子与线缆之间的保持力也就越大。因此为了确保端子的稳定性，尽量不能让压接面上有间隙；
　　材料的抗拉强度σ是金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力，表示材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb）），所以也称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。因此不同的材料，σ也是不同的，其公式（6）如下：
　　σ=Fb/So---------------- 公式 6
　　σ：抗拉强度；
　　Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；
　　So--试样原始横截面积，mm2
　　所以导体在拉力变形时，截面积 So 越小，那么所承受的拉力 Fb 当然也就越小；通过以上原理，我们可以知悉，压接过程中的机械和电气性能变化如下：
　　1. 未压接时，截面积So最大，电气性能最差：导体间刚开始相互接触，导通电阻最大，承载电流能力最小，同时端子保持力的机械性能也最差；
　　2. 压接时间隙减少，随着导体的接触面逐渐增加，压接处的导通电阻减少，虽然压接截面So的减小会降低其承载电流，但是总的承载电流能力依然增加。此时端子与导体的摩擦力 f(c)增加，但是同时导体的抗拉断力Fb 也在逐渐减小；此时 f(c)≤Fb，其机械性能是增加的；直至 f(c)=Fb 时 F 达到最大值；此时的失效模式是导线被整体从端子上拉脱；
　　3. 当承载电流能力达到最大值时，（此时的间隙可能为零，也可能不一定为零），再继续加压，直到间隙完全消失时，此时的端子保持力也达到最大，此时的电气性能可能也是最大，也可能早已开始下降了；
　　4.  再进行过度压接时，So继续变小，截面积的承载电流能力降低大于导体间电路增加时的承载电流能力，此时电气性能继续下降；同时 Fb也急剧减小，当Fb

来源：网络转载

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