趙平堂,凌文丹,李志攀
(鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車零部件功能材料研究中心,河南 鶴壁 458030)
輕量化是汽車技術(shù)發(fā)展的方向之一,也是汽車節(jié)能減排的一個重要手段。汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體,被喻為汽車的神經(jīng)血管系統(tǒng)。隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展,連接各個電器件的線束也越來越復(fù)雜,線束質(zhì)量也就不斷增加。汽車線束質(zhì)量約占汽車質(zhì)量的1%~2%[1]。據(jù)統(tǒng)計,一輛高級汽車的線束使用量已達(dá)2km,質(zhì)量在20~30kg。汽車線束及其附件的未來發(fā)展趨勢是更細(xì)、更輕、更薄?,F(xiàn)今,汽車主機(jī)廠的成本壓力越來越大,更小、更輕的導(dǎo)線不僅能降低成本,還能降低整車質(zhì)量、節(jié)省使用材料、降低汽車油耗。無論從技術(shù)、成本還是環(huán)保的角度考慮,汽車上的電線尺寸將會越來越小。目前,汽車上普遍使用的信號線的線徑導(dǎo)線為0.22mm2、0.35mm2,信號線的導(dǎo)線利用率一直很低,0.22mm2、0.35mm2的銅導(dǎo)線可以承受10A左右的電流 (環(huán)境溫度24℃),但是信號線內(nèi)真正流通的電流往往只有幾毫安,這樣資源的浪費成為很多線束生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點,更小線徑的電線如0.13mm2電線代替0.22mm2、0.35mm2的信號線是電線行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢,但0.13mm2電線其機(jī)械性能如抗拉強(qiáng)度低,壓接困難是其應(yīng)用的最大障礙。本文重點介紹近來0.13mm2電線在汽車電線束應(yīng)用研究中提高其機(jī)械強(qiáng)度和解決其壓接問題的方法。
普通的0.13mm2銅電線 (圖1)由直徑約為0.16mm的7根銅絲絞合后包裹0.2mm的聚氯乙烯或交聯(lián)聚氯乙烯絕緣層,導(dǎo)體抗拉強(qiáng)度在280N/mm2左右,電線的拉斷力約為60N,線束信號線的設(shè)計中就遇到質(zhì)量減輕和普通0.13mm2電線的強(qiáng)度達(dá)不到0.22mm2、0.35mm2電線的強(qiáng)度的技術(shù)矛盾。
在設(shè)計過程中采用目前創(chuàng)新發(fā)明中采用的發(fā)明問題解決理論即TRIZ理論中的發(fā)明原理通過采用復(fù)合材料這一發(fā)明原理來達(dá)到提高金屬導(dǎo)體強(qiáng)度的目的,為保證代替的導(dǎo)電性,在設(shè)計中我們采用導(dǎo)電性比較好的銅鐵合金,導(dǎo)體芯由6根銅鐵合金單絲和1根銅包鋼單絲相互絞合形成[2],銅鐵合金單絲中銅的含量為90%~98%,鐵的含量為2%~10%。銅包鋼單絲的銅的含量為20%,鐵的含量為80%。同時,還通過TRIZ理論的九窗口的資源分析方法分析采用導(dǎo)體系統(tǒng)外的資源進(jìn)行設(shè)計,采用強(qiáng)度比較高的茂金屬聚乙烯代替目前普通電線采用的聚氯乙烯,從而最終實現(xiàn)了制作的0.13mm2電線的強(qiáng)度達(dá)到0.22mm2或0.35mm2電線強(qiáng)度的要求。
圖1 0.13mm2銅電線剖面圖
銅錫合金由于其導(dǎo)電性好、強(qiáng)度高,在提高電線的強(qiáng)度方面也得到應(yīng)用。李慶森等[3]采用7根直徑為0.157mm的銅錫絞合,導(dǎo)體的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了600N/mm2,增強(qiáng)了導(dǎo)體的強(qiáng)度,銅錫合金中錫的質(zhì)量比例為0.3%,絕緣層的材料為聚氯乙烯絕緣材料,絕緣層的厚度為0.2mm,所制作的0.13mm2電線滿足導(dǎo)電性能要求,提高了機(jī)械強(qiáng)度,該汽車電線的外徑較小、質(zhì)量較輕。
除采用銅合金增強(qiáng)導(dǎo)體外,其它導(dǎo)體的增強(qiáng)方法也不斷獲得專利授權(quán)。王亞東等[4]采用6根銅絲絞合在中心一根鍍鋅鋼絲或不銹鋼絲的表面的方法提高了細(xì)線的強(qiáng)度,該方法導(dǎo)電可靠、成本低廉,并且報廢后容易分離回收,利于環(huán)保。常云德等[5]在鍍錫銅絲絞合過程增加碳纖維填充,碳纖維的加入既保證了導(dǎo)體的導(dǎo)電率,又大大提高了電線的強(qiáng)度和柔韌性。
為減輕汽車電線束的質(zhì)量,0.13mm2細(xì)線逐漸作為信號線代替汽車上0.35mm2的電線。然而0.13mm2細(xì)線除強(qiáng)度需要增強(qiáng)外,其壓接存在很多技術(shù)難題,首先0.13mm2細(xì)線的壓接端子往往較小,端子在送料底板組件的定位很難處理,處理得不好會出現(xiàn)喇叭口不穩(wěn)定、送料不順暢問題。其次,壓接時端子非常小,壓接機(jī)的力量還沒有完全傳遞到壓接區(qū),壓接模具滑塊自身的沖擊力就會壓接端子,造成壓接時高度跳動。同時,超細(xì)導(dǎo)線太細(xì),壓接的時候很難矯正成直線,彎曲的電線壓接時不能夠恰恰放置到端子的正上方,壓接時存在漏芯線的風(fēng)險。
我們針對現(xiàn)有壓接技術(shù)中存在的問題,發(fā)明了一種0.13mm2細(xì)線壓接方法[6],通過端子定位前移,壓接模具增加彈性裝置,切刀變薄、機(jī)械手遷移,改變策略、先壓絕緣皮,解決了細(xì)線壓接存在的問題。端子定位前移是指端子的送料定位部分向壓接區(qū)域盡可能的靠近,保證定位足夠多的端子,防止了端子料帶不漂移,從而保證壓接后的端子喇叭口的穩(wěn)定。壓接模具增加彈性裝置是指在壓接模具的滑塊下端增加退料架,里面裝配較硬彈簧 (圖2),消除下壓過程中滑塊自身的沖擊力,讓壓接機(jī)的力量正確傳遞過來,避免了壓接高度波動的問題。切刀變薄、機(jī)械手遷移為切斷刀盡量變薄,全自動壓接機(jī)的機(jī)械手就可以盡量向壓接區(qū)靠近,減小端子的彎曲度,減少壓接時漏芯線的風(fēng)險。改變策略、先壓絕緣皮為靠模具上的彈性裝置,實現(xiàn)先壓電線絕緣皮,將電線定位,再壓剝出的銅線,完全避免了漏芯線問題。
德爾福則在細(xì)線壓接時[7],一方面開發(fā)新工藝把細(xì)線導(dǎo)體剝長一點進(jìn)行折疊,可以使用現(xiàn)有的0.35mm2線的端子進(jìn)行壓接,另一方面還采用機(jī)械性能和導(dǎo)電性能良好的新型L型壓接翼的端子,L型壓接翼在同一壓接高度下實現(xiàn)了最大拉脫力和最小壓接電阻。
圖2 壓接模具增加彈性裝置
導(dǎo)體采用銅鐵合金、銅錫合金,或?qū)w增加鋼絲、碳纖維填充的方法能夠提高細(xì)線導(dǎo)體的強(qiáng)度,采用高強(qiáng)度的茂金屬聚乙烯代替聚氯乙烯為絕緣層可進(jìn)一步增加0.13mm2細(xì)線,最終在保證電性能的前提下實現(xiàn)了0.13mm2細(xì)線能夠達(dá)到0.35mm2信號線的強(qiáng)度。端子定位前移,壓接模具增加彈性裝置,切刀變薄、機(jī)械手遷移,改變策略、先壓絕緣皮能夠解決壓接時端子料帶漂移、端子跳動、漏芯線等問題。而細(xì)線導(dǎo)體折疊式壓接可以在原有端子系列上實現(xiàn)良好的壓接。