銅端子免換模壓接及校檢方式研究

鄭偉航ZHENG Wei-hang；劉鳳英LIU Feng-ying；鄒繼偉ZOU Ji-wei

（株洲中車時代電氣股份有限公司，株洲412000）

0 引言

高鐵運行時傳輸的電壓極高，要求電氣連接性能必須具備穩定的可靠性。電氣連接工藝技術中，焊接需要助焊劑、焊料等輔料，且電烙鐵溫度達350℃以上，導致被焊件容易發生氧化。繞接僅適用于小線連接，適用范圍較窄。壓接克服了以上缺陷，通過設備提供的壓力擠壓端子與導線，使得金屬間發生塑性變形，即可形成穩定的機械、電氣連接。

何喜梅等人研究了壓接高度對端子壓接質量的影響[1]。葉中飛等人研究了壓接對稱度對壓接點應力的影響[2]。馮愛軍等人認為合理的壓接工藝參數才能保證壓接質量合格[3]。還有其他學者研究了壓模寬度、壓模對邊距等因素對壓接質量的影響，以及壓模對邊距對導線握著力的影響。鑒于此，本文對免換模壓接工藝技術進行了驗證，對壓接端子做拉拔力、接觸電阻、截面金相試驗，分析其壓接質量，提出通過測量端子壓接區域對邊尺寸，從而判定壓接質量是否合格的校檢方式。

技術路線如圖1 所示，首先對市面上新興技術免換模壓接進行分析，接著對免換模技術壓接質量進行型式試驗驗證，最后通過材質分析及形變分析提出新的校檢方法。

圖1 技術路線

1 壓接技術研究

坑式壓接成型呈不規則狀，模式壓接端子多為規則多邊形，可以根據實際生產進行切換，可通過壓接區域成型尺寸判定壓接質量。

免換模壓接技術：

四邊、六邊免換模壓接技術是通過伺服電機驅動滑動邊，經滑動邊與固定邊的相對運動，轉換為壓接力緊固端子與線束。四邊免換模技術的壓接邊數少，與端子的接觸面積有限，需要較大出力，壓接高度較深，內部芯線及端子變形大，導致壓接部位接觸電阻較大。六邊免換模壓接比四邊免換模壓接多兩條邊，增加了與端子、線纜銅芯的接觸面積，壓接形變量較小，有效增加了端子的導電率，解決壓接邊緣應力集中的問題。避免了四邊壓接端子容易飛邊，導電率較低的技術質量缺陷。

TJ CL542-2018 要求沖壓的閉式壓線筒壓接連接采用六邊壓接方式，JB/T 5109 折彎角越小折彎邊應力容易集中，導致端子開裂，六邊壓接折彎角120°，四邊壓接折彎角90°。綜上，本文選擇六邊免換模壓接技術進行工藝技術驗證。

2 壓接試驗設計與結果分析

試樣線纜選用4GKW-AX 高壓導線，下線長度300mm，試樣端子TO、DTO、LCA，適配線徑為35-120mm，壓接設備BZW-6F 六邊免換模壓接機，壓模寬度12.5mm。每組試驗設置3 個試樣，做拉脫力、截面金相、接觸電阻試驗驗證壓接質量。

2.1 拉脫力試驗

端子處于過壓狀態時，壓接區域過量收縮，十分脆弱。端子處于欠壓狀態時，抗拉強度小，導線易從銅壓接端頭內脫落。為保證壓接連接的質量，需要在端子壓接后做拉脫力試驗，檢驗其機械性能。

拉力機相關參數設置如下：拉伸速度設置為25mm/min～50mm/min，接近力保持值時調節到1～2N/S。按照GB/T 9327-2008[4]進行拉拔測試，負荷的保持力按線束規格的60 倍來設定，當拉脫力試驗機拉脫力提升到峰值時，保持力持續一分鐘，如圖2 所示，端子與導線產生-13mm 相對位移，傳感器輸出拉力曲線沒有下落，表明芯線未發生斷裂，導線未從端子內部脫出，試驗合格。

圖2 拉脫力測試界面

2.2 截面金相試驗

GJB 5020-2001 要求壓接截面無雜質，壓接區域變形均勻，芯線成不規則六邊，導線和端子間呈氣密性連接，所有導線的圓形截面均已發生變形，變形后端子不應有破裂或損傷，所有空隙所占面積應小于線股所占空間總面積的10%[5]。

如圖3 所示，所有芯線均已變形，且端子與導線呈氣密性連接，輸出變形比如圖4 所示，可知變形比時刻處于75%的標準之上，導線的芯線間存有較大空隙，所以其變形比往往小于芯線，截面變形均符合標準，壓接截面分析合格。

圖3 壓接部位截面分析

圖4 壓接變形比

2.3 接觸電阻試驗

壓接區域接觸電阻直接影響電性能，根據焦耳定律Q=I2Rt，當電阻R 值較大，放熱Q 也較大，則壓接過深的端子長期處于發熱的狀態，造成柜體內部時刻升溫，影響內部組件以及電連接器件的使用壽命，降低產品可靠性、安全性，極端情況下會出現燒灼情況，因此接觸電阻必須滿足TJ CL542-2018 鐵標要求，端子壓接部位的電阻不大于相同長度導線電阻的2 倍。

圖5 壓接電阻試驗測量點示意圖

式中：RAB為AB 間的電阻；RBC為BC 間的電阻。做接觸電阻試驗結果如圖6 所示，可知試樣接觸電阻數據均低于標準規定值，驗證其電氣性能合格。

圖6 接觸電阻試驗數據

3 校檢方式研究

端子導線壓接作業時，隨著設備壓接深度增加，端子的導電率、耐拉力增加，當達到最佳壓接深度時，端子的壓接質量會處于最優狀態，但是進一步增大壓接深度，端子導電率、耐拉力性能會下降。探究壓接工序的最佳范圍，并制定實時校檢方式具有現實意義。

經拉脫力、截面金相以及接觸電阻試驗論證，證實了六邊免換模壓接技術的可行性。壓接后的端子和導線呈壓接緊密的規則六邊形，可以通過公式測量壓接高度，推算其截面積，用于判斷接觸電阻、拉脫力性能。QCT29106-2014 要求形變比控制在80%和90%之間，USCAR21 要求形變比控制在80%和85%之間。本文設定銅端子形變為85%[6]，則端子形變范圍在80%-85%，芯線（包含間隙）形變范圍在90%-95%，由于芯線空隙無法具體估量，最大為10%往往無法達到，所以取其變形比為85%-90%。導線、端子材質均為紫銅，可統一分析其形變比，取壓接校檢范圍上下限為80%和90%。

式中：S端子為端子截面積，S芯線為芯線截面積，0.85 為設定最優形變，0.8 為下限形變，0.9 為上限形變，n 為芯線根數。公式（2）通過測量端子高度測算壓接面積，然后使用公式（3）分別測算端子與芯線實際截面，關聯形變比范圍值，從而測算最優壓接范圍值。所以，可通過測量壓接后的端子對邊尺寸，通過公式搭建的數學模型分析其壓接質量，如圖7 兩線之間即為最優壓接區間。

4 結論

本文分析了端子壓接高度與拉脫力、接觸電阻之間的關系，驗證六邊免換模壓接技術，通過對銅壓接端子做型式試驗，以拉脫力試驗驗證了機械特性、截面金相試驗驗證了壓接程度合乎標準、接觸電阻試驗驗證了其電連接特性。在此基礎上，依據模式壓接的尺寸特性，創新性地提出一種新的、可量化的端子壓接質量評判依據，改變當前只能通過型式試驗管控端子壓接質量的方式，通過測量端子的高度尺寸判斷壓接質量，在不需要破壞壓接端子的前提下，將壓接截面積以及拉脫力屬性可視化，從而實時監控壓接工序端子質量。