封闭式裸铜端子压接可靠性研究及应用

封闭式裸铜端子压接可靠性研究及应用

彭俊豪，吴  曦，肖  富

（中车株洲电力机车有限公司，湖南省株洲市，412000）

摘要：压接作为关键工序之一，一直是影响电联接可靠的关键因素。轨道交通车辆所使用的网络控制系统多采用集成模块化设计，各类电信号传递一般以连接器作为数据交换的媒介，连接器所使用的插针、插孔作为电连接器的关键元件，其压接可靠性对整车的安全运行产生重大的影响。本文以电气屏柜组装过程中使用到的封闭式裸铜端子为研究对象，分析现有的压接工艺影响封闭式裸铜端子压接可靠性的原因，并通过设计制作辅助工装改善压接工艺方法，提高封闭式裸铜端子的压接可靠性。

关键词：压接、封闭式裸铜端子、电连接器、工装、轨道交通车辆

0 引言

轨道交通车辆所使用的网络控制系统多采用集成模块化设计，系统中各类数据采集口、网络通信口多是采用连接器作为数据交换的媒介。连接器中所使用的插针、插孔作为电连接器中的关键元件，其压接的可靠性对整车的安全运行产生重大的影响。近年来，由于压接问题导致的连接器信号不良的问题时有发生，因此对压接工艺进行分析研究，研究一套针对封闭式裸铜端子压接工艺方法，并设计制定适用于封闭式裸铜端子的标准化作业工艺是很有必要的。

1 端子压接不可靠原因分析

目前在轨道交通车辆上使用较多的封闭式插针主要有8钟类型，如下表1所示，都是采用导电性能良好的弹性铜合金材料加工而成，表面通过1镀银或镀金来减少接触电阻，多用于多芯连接器及屏柜内模块连接器上。

表1 封闭式裸铜端子汇总表

1.1 潜在原因分析

通过分析压接过程中影响压接可靠的关键因素，插针、插孔压接不可靠的潜在原因有以下几点：

1）封闭式裸铜端子混淆

装在同一种电连接器上的插针因电缆线径大小而有所不同，差异主要是在型号和大小两个方面，但仅从外观上看，即使是型号规格不一致，它们仍在物理结构上十分相似。以上表插针5（如图1所示）为例，它们需要根据插孔中间部分线环的数量来判断适合的线径，很容易使用错误类型的插孔与相应的线缆进行压接，造成压接的不可靠。

图1 插针5

2）作业工具不合格

操作人员在生产过程中，使用未校准的压线钳进行作业，导致压接部件的抗拉强度未达标，造成压接不可靠。

3）作业操作不规范

操作人员在实际操作的过程中，由于技能水平高低，对工具的使用熟练程度不同，在加上作业时长过长导致工作注意力不集中，致使压接时常出现不符合压接工艺标准的现象。经常出现底端露线芯和压坏观察孔的现象也是车间常事。

1.2 压接不合格问题统计

统计某车间2023年1月-3月的插针压接合格情况，结果如下：

查出不可靠压接项点共56项，其中插针规格型号选用错误发生3起，人为压接不可靠发生53起，未发现现场存有未带合格证的压线钳。人为压接不可靠事件中，出现观察孔未观察到线芯的问题共2项，插针底端露出线芯的问题共1项，压接位置不合格问题共50项（压坏观察孔或者压到端子的底部）。综上分析，人为压接不可靠是影响封闭式插针压接可靠性最主要的原因，压接位置不合格是人为压接不可靠中最主要的因素。

1.3 压接位置不合格原因分析

在实际压接的过程中，操作人员只能依据肉眼观察来确定压接位置，每次压接的位置都不统一，而且不同的操作者压接经验与手法不同，每个人的压接位置都略有偏差，致使压痕位置不确定；根据现场作业指导书及相关标准等规定，封闭式裸铜端子的压接标准如下：1.应保证通过插针观察孔可以观察到线芯；2.应保证导线绝缘层不能伸入到插针压接筒内，且插针底端不能露出线芯；3.应保持压接齿印位于观察孔到端子底端的中间位置。对上面统计的 8 种插针、插孔进行相应尺寸测量，发现插针的有效压接位置均只有4mm左右，，而压线钳的压痕宽度约为2.6mm，在如此有限的空间里，仅依靠肉眼观察难度极大，不易定位准确。

经上述分析与统计结果可以得出，压接位置压接位置不合格是影响封闭式裸铜端子压接可靠性的主要原因，而压接空间有限，操作者仅依靠肉眼和自身经验来实现压接位置的定位是导致压接位置不合格的主要原因。因此，通过制作辅助定位工装来提高压接裸铜端子的压接可靠性是很有必要的。

2 辅助定位工装设计与制作

工装的设计首先要考虑到封闭式裸铜端子的物理结构。它有三个主要参数，分别为观察孔到插针最前端距离、插针前端外径、插针最大外径。辅助工装主要是起到定位功能，所以可以从固定长度和固定孔径来考虑工装的设计。

1）确定最佳的压接位置与插针最前端的距离，来计算出工装定位平面与压线钳面的距离；

2）在压接孔同心圆部分设计圆环底座固定插针，圆环内径应略大于插针最大外径；

3）设计的定位工装能够通过螺栓装配到压线钳上，方便安装与拆卸。

通过以上设计思路，在NX中针对该8类插针分别搭建模型，并通过3D打印机打印。以插针8为例，其模型及实物图如下图所示：

图2 3D模型图                        图3 实物图

3 工装的使用方法

以图2辅助定位工装为例，其压接方法如下：

1）使用内六角螺钉 M4×8 及平垫圈将辅助工装装配到DMC压线钳上，装配结果应与下图4、5一致。辅助工装应该与压线钳紧密贴合，装配螺钉旋紧即可。

                   图4                             图5

2）剥线后，将裸露线芯插入至插针8内，如下图6所示。插针观察孔应观察到线芯，且插孔底部无线芯裸露。

（a）                        （b）

                                         图6

3）将插针的另一端直接插到装配有辅助工装的DMC压线钳上，注意完全插到底后进行压接。然后检查插针压痕情况。

4 试验与验证

4.1 外观检查

对使用定位工装压接后的压接件进行外观检查分析，发现所有压接件的压痕位置均位于同一垂直高度且符合工艺标准（位于观察孔与底端的中间位置），压接合格率100%。

4.2 抗拉强度试验

对使用的定位工装压接后的压接件进行抗拉强度试验，部分数据见下表2，（压接件使用的电缆线径为1mm²,1mm²电缆的抗拉试验荷重为130N），由此可见，经实验数据分析，压接试验合格率为100%。

表2 抗拉强度试验结果

4.3 工装使用生产效率分析

经分析，使用定位辅助工装后，操作人员不需要依靠肉眼和自身经验进行压接定位，可以直接插入压接，不仅提高了一次性压接合格率，也提高了生产效率；经测算，使用定位工装后，单位时间（60s）内插针压接数量由 10 根增加为 14 根，压接一根合格插针的时间由 6s/根降低为 4.3s/根，减少 1.7s/根，压接效率提高了40%，在极大的提高了压接的可靠性的同时，提高了生产效率。

5 结束语

压接位置不合格是影响封闭式裸铜端子压接可靠性的主要原因，而压接空间有限，操作者仅依靠肉眼和自身经验来实现压接位置的定位是导致压接位置不合格的主要原因。利用辅助定位工装可改善原始压接方法，将压痕位置标准统一化，解决了压接位置不合格的问题，在提高压接的可靠性的同时提高了压接效率。

参考文献：

【1】GB/T 9327-2008，额定电压35kV（Um=40.5kV）及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具 试验方法和要求【S】.

【2】EN 50343:2014 铁路应用 机车车辆 布线规则

【3】李国宾，张  丽.导线压接相关标准的比较及优化研究【J】.铁道机车与动车，2014（3）：45-46

【4】张学秀，赵丽娜，齐  鸣，等.铁路客车电气布线及接线端子压接模块化工艺【J】机车车辆工艺，2016（2）：23-24