陳世杰

摘 要 線束是機(jī)電一體化系統(tǒng)中電氣線路的構(gòu)成主體，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中常常被機(jī)電設(shè)計(jì)人員所忽視。作為機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要安全部件，線束制作工藝要求很高，微小的加工疏忽也可能造成嚴(yán)重失效后果。本文主要圍繞線束制造工藝中產(chǎn)生的問題展開說明，并對(duì)一些常見問題進(jìn)行分析，為以后同領(lǐng)域研究人員提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞 線束制造；工藝設(shè)計(jì)；制造流程

通常而言，線束制造需要遵循以下工藝流程：來料檢測(cè)—材料出庫—開線—前預(yù)裝—壓接—預(yù)裝—總裝—導(dǎo)通檢測(cè)—全檢—包裝—入庫等。其中開線、壓接、預(yù)裝、總裝是線束制造中最具特色，也是最為重要的工藝步驟。

1 開線工藝

線束制造的第一個(gè)步驟是開線。開線是指按照線束加工工藝的要求，將電線和保護(hù)管剪裁合適尺寸，并對(duì)電線進(jìn)行剝皮、絞線和捆扎處理。開線工藝的準(zhǔn)確直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度，一旦出現(xiàn)工序批次不良，特別是開線尺寸偏短，會(huì)導(dǎo)致所有工位返工，直接影響后工序生產(chǎn)。因此在編制開線工藝說明書時(shí)，一定要根據(jù)產(chǎn)品圖紙的要求，合理地設(shè)定導(dǎo)線的開線尺寸、剝皮尺寸、剝皮方式和捆扎方式等關(guān)鍵要求。

1.1 開線尺寸

開線長(zhǎng)度過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致該回路裝配完成后產(chǎn)生余富，進(jìn)而導(dǎo)致整體線束直徑偏大影響系統(tǒng)的可裝配性；同時(shí)會(huì)導(dǎo)致線體彎曲產(chǎn)生應(yīng)力，影響線束的耐久性。開線長(zhǎng)度太短會(huì)導(dǎo)致該回路裝配時(shí)夠不到安裝距離導(dǎo)致回路報(bào)廢，或者勉強(qiáng)夠到距離但是導(dǎo)線緊繃，整個(gè)功能接口的應(yīng)力集中于該回路，設(shè)備運(yùn)作過程將產(chǎn)生回路脫落的故障。要避免開線尺寸過長(zhǎng)或過短的問題，一方面需要在產(chǎn)品開發(fā)階段試做、驗(yàn)證獲得最佳的回路長(zhǎng)度參數(shù)，另一方面需要在每個(gè)批次的生產(chǎn)過程中做好設(shè)備調(diào)整和參數(shù)設(shè)置。因?yàn)殡娋€在裝配和布線的過程中會(huì)因?yàn)檫B接器的大小、布線彎折點(diǎn)的曲率變化、走線的內(nèi)外徑不同而產(chǎn)生偏差，所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段確定的開線長(zhǎng)度不能是僅僅依據(jù)圖面作業(yè)做出的推算值，而應(yīng)該是嚴(yán)格進(jìn)行樣件試做、驗(yàn)證開線偏差量并固化于圖紙上的實(shí)測(cè)值。批次生產(chǎn)過程會(huì)遭受電線材料變差、電壓波動(dòng)、壓縮空氣壓力波動(dòng)、開線機(jī)送線系統(tǒng)跳動(dòng)、矯直系統(tǒng)跳動(dòng)、壓緊輪的壓力變化、壓緊輪磨損變差、進(jìn)刀量和退刀量跳動(dòng)等噪聲因素影響，所以設(shè)備加工參數(shù)需要在每個(gè)批次的開工生產(chǎn)時(shí)做出微調(diào)，并對(duì)首件進(jìn)行檢查確認(rèn)，核實(shí)實(shí)際的開線長(zhǎng)度符合圖紙要求后才能進(jìn)行批量生產(chǎn)。批次設(shè)備加工參數(shù)設(shè)置的核心是壓緊輪設(shè)置。首先應(yīng)根據(jù)不同的導(dǎo)線絕緣材質(zhì)選擇適配的壓緊輪，其次應(yīng)定期檢查壓緊輪的磨損狀況，再次應(yīng)在每個(gè)批次開工前清理壓緊輪污漬才能穿線，最后應(yīng)控制壓緊輪的松緊度：壓緊輪壓力大—導(dǎo)線壓力/阻力增加—導(dǎo)線絕緣損失超標(biāo)/實(shí)際開線尺寸比預(yù)設(shè)尺寸短；反之，壓緊輪太過于松懈—導(dǎo)線阻力不穩(wěn)—實(shí)際開線尺寸跳動(dòng)大。

1.2 剝外皮

剝外皮的質(zhì)量關(guān)鍵是股線損傷特性和絕緣皮損傷特性。股線損傷特性的質(zhì)量目標(biāo)是導(dǎo)線的導(dǎo)體切斷面垂直于導(dǎo)線縱軸線、所有股線的長(zhǎng)度一致、導(dǎo)線沒有刮傷/刻痕/斷開/壓扁或其他損傷；絕緣皮損傷特性的質(zhì)量目標(biāo)是加工后的絕緣皮切口整潔，沒有任何刺穿、拉伸、磨損、變色、燒焦或燒傷。開線工藝需要重點(diǎn)關(guān)注以下七點(diǎn)：第一，導(dǎo)線校直系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)能大體校直導(dǎo)線同時(shí)保證送線順暢；第二，導(dǎo)線導(dǎo)管應(yīng)選擇導(dǎo)管內(nèi)徑略大于導(dǎo)線絕緣外徑，確保送線順暢且導(dǎo)線出導(dǎo)管后彎曲偏移單側(cè)不超出刀口寬度的六分之一；第三，導(dǎo)線導(dǎo)管應(yīng)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)刀口合模中心點(diǎn)；第四，刀口應(yīng)保持鋒利；第五，進(jìn)刀量應(yīng)調(diào)節(jié)切入四分之三的絕緣厚度；第六，退刀量應(yīng)調(diào)節(jié)保留四分之一的絕緣厚度；第七，特殊的硬質(zhì)絕緣應(yīng)采用橢圓形刀口替代V型刀口。

一般來說，開線數(shù)量會(huì)按照十的進(jìn)制作為衡量單位，并采用扎帶或橡皮筋捆扎。同一批次放入同一個(gè)周轉(zhuǎn)箱或周轉(zhuǎn)車內(nèi)。這樣的做法目的是為了保持線的統(tǒng)一，不會(huì)出現(xiàn)混亂，減少取線時(shí)間，提高工作效率[1]。

2 壓接工藝

壓接工藝是指通過外力使電線與端子接觸面強(qiáng)力結(jié)合，從而達(dá)到電氣導(dǎo)通和牢固連接的目的，是當(dāng)前最快、最可靠和牢固的端接方式之一。端子壓接的高度、剖面狀態(tài)及拉拔力是壓接質(zhì)量的最核心要求。基本的壓接工藝要求導(dǎo)線、適配于導(dǎo)線的連接器、適配于連接器的模具三種元素，可靠的壓接要求所有元素適配。

2.1 導(dǎo)線

導(dǎo)線可以分為兩種：實(shí)心線和絞合線。實(shí)心線：通常是對(duì)一金屬進(jìn)行拉絲。絞合線：一組或幾組實(shí)心線的組合，在絞合線中，導(dǎo)體經(jīng)常編織或纏繞在一起，絞距是導(dǎo)線繞導(dǎo)體軸一整圈要求的長(zhǎng)度，這就是所說的絞層。同樣線號(hào)的絞合導(dǎo)體比實(shí)心導(dǎo)體的柔韌性更大，絞合導(dǎo)體可以經(jīng)受住多次的彎折而不至于斷裂，能更好地承受震動(dòng)，盡管對(duì)絞合導(dǎo)體鍍鎳不是很理想，但是相對(duì)于實(shí)心導(dǎo)體來說，已經(jīng)是很好了。壓接工藝必須采用絞合線，推薦采用7芯或19芯結(jié)構(gòu)的“同心絞合線”。

圖1是一個(gè)7根線的絞合導(dǎo)體。值得說明的是直徑相同的7根線中，6根線圍繞著一根線作為中心軸，這是一種結(jié)合最緊密的形式，最終，絞合導(dǎo)體的外周就會(huì)形成一正六邊形，換句話說，盡管七股線的組合并不是圓形，從幾何的角度來說，幾根圓柱體成60度的組合是結(jié)合最緊密的方式，如（圖1b）。另一個(gè)緊密結(jié)合是在圖形外面增加另一排導(dǎo)線（同樣是六邊形）這就是為什么7股和19股是最常用的實(shí)心導(dǎo)體的組合。

當(dāng)一個(gè)圓和另一個(gè)圓相切時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)縫隙，如圖1c中出現(xiàn)的有兩種縫隙，一種是內(nèi)部縫隙，另一種是外部縫隙如圖1d，值得說明的是在壓接前有6個(gè)內(nèi)部縫隙和6個(gè)外部縫隙，19根實(shí)心導(dǎo)體組成的絞合導(dǎo)體有24個(gè)內(nèi)部縫隙和12個(gè)外部縫隙，優(yōu)良的壓接應(yīng)大大減少縫隙的數(shù)量和大小。

在圖1e中，在壓接過程中，壓力會(huì)使圓柱形的導(dǎo)線變?yōu)椴灰?guī)則的多邊形，最終的形狀為蜂窩狀。這種形狀的變化對(duì)于電氣性能的提高是很重要的。在這種壓力下，也會(huì)產(chǎn)生“冷焊接”，在壓接的過程中，縫隙的減少并不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的壽命產(chǎn)生影響，在圖7中清楚地表明了壓接表面的不規(guī)則形狀，我們可以從顯微鏡成像中得到類似的圖片。

2.2 端子

在線束行業(yè)中有多種不同形狀的端子，也有使端子形成不同形狀的多種壓接方式，開口筒端子壓接形成“B”形狀的壓接（有時(shí)被稱為F形狀）是最常見的壓接方式。

圖2中所示，在壓接過程中，端子包腳從壓接前變?yōu)閴航雍蟮男螤睢?/p>

如圖1和2所示，最終的壓接形狀看起來像倒放的字母B，因此這種壓接方式稱為B方式，對(duì)于開口筒的端子來說，這是最常見的壓接方式。

當(dāng)指定壓接高度和寬度時(shí)，壓接端子的形狀就形成了，我們可以考慮用長(zhǎng)方形來表示，如圖3所示，壓接的高度（CH），壓接寬度（CW）。值得說明的是在B類型壓接中，當(dāng)獲得最大的壓接高度時(shí)，并不能獲得最大的壓接寬度。B類型的壓接底部不是平的，而是成一弧度，必須從壓接高度中減去彎曲高度才能達(dá)到壓接寬度最大值的位置[2]。

壓接高度于寬度的關(guān)系是獲得理想性能條件的重要因素之一，被稱為壓接比率（CR）

CR = 壓接高度 / 壓接寬度

需要注意的是當(dāng)壓接高度減少時(shí)，包腳易彎折（依賴于包腳的長(zhǎng)度）。

了解了①壓接比率，②包腳的截面積③導(dǎo)體的截面積，就可以計(jì)算出所壓接材料的壓縮，正如我們前面所說的，芯線由圓形經(jīng)過壓接變?yōu)椴灰?guī)則的多邊形，這被稱為“壓接壓縮百分比（CCP）”。

CCP=最終壓接形狀的面積/壓接前包腳和線截面積之和。

典型的B導(dǎo)體壓接應(yīng)滿足

（1）壓接比率CR為55%-70%

（2）壓接壓縮百分比CCP為75%-90%

如果包腳和線號(hào)不適配，在多數(shù)情況下，即使在這個(gè)范圍內(nèi)也很難找到可以接受的壓接。

2.3 壓接模具

大部分進(jìn)口連接器制造商在銷售連接器的同時(shí)會(huì)配套銷售壓接模具，但是這種模具存在售價(jià)極高、不能同時(shí)滿足多家主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)等問題；而國(guó)產(chǎn)連接器制造商一般不配套銷售壓接模具。絕大多數(shù)線束廠采用自主設(shè)計(jì)開發(fā)壓接模具的方式來規(guī)避以上問題。壓接模具設(shè)計(jì)水平的高低成為線束廠技術(shù)能力的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。壓接模具的設(shè)計(jì)需要根據(jù)端子的幾何形狀、配接的導(dǎo)線的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)行復(fù)雜的幾何運(yùn)算，在此不展開說明。

3 預(yù)裝工藝

預(yù)裝工序是將開線工序或壓接工序后的半成品，與護(hù)套、管類和橡膠件等零部件裝配成進(jìn)一步半成品的過程。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的線束設(shè)置預(yù)裝工序，是為了減少總裝流水線相應(yīng)工位的作業(yè)負(fù)荷和先對(duì)困難工位的預(yù)裝工作量，從而實(shí)現(xiàn)總裝線瓶頸消除，改善總裝流水線平衡水平，提升總裝線整體效率。預(yù)裝工序安排的合理與否，直接體現(xiàn)了線束加工工藝水平的高低。一般來說，預(yù)裝工序除了需要按照預(yù)裝工藝操作說明書進(jìn)行作業(yè)外，還需要工藝人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的反饋信息進(jìn)行持續(xù)不斷的改善，并對(duì)修正內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)線束加工企業(yè)的技術(shù)積累[3]。

4 總裝工藝

總裝工藝是將開線或壓接后的半成品、預(yù)裝后的半成品同其他材料，在工裝板上組合成線束成品的過程。基于總裝工序的工藝特點(diǎn)，標(biāo)識(shí)清晰全面的圖紙、定位準(zhǔn)確的工裝板可以有效減少總裝過程中的人為失誤。合理規(guī)劃工作區(qū)域的物料放置和標(biāo)識(shí)，合理設(shè)定各工位的工作內(nèi)容和要求，及時(shí)調(diào)整平衡各工位工作量，有助于總裝流水線整體效率的提高。

5 結(jié)束語

可靠的線束系統(tǒng)并不容易獲得，必須對(duì)線束系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的把控。規(guī)范的線束產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和確認(rèn)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木€束制造過程開發(fā)、驗(yàn)證和確認(rèn)，嚴(yán)格的變更管控是獲得線束系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。而線束制造過程中的開線、壓接、預(yù)裝、總裝等關(guān)鍵工藝要求的標(biāo)準(zhǔn)化和分層審核系統(tǒng)則保證了線束一致地維持在高可靠性區(qū)間，避免線束在使用中產(chǎn)生危害性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振超，谷孝衛(wèi)，周鋒，等.淺析汽車線束布置設(shè)計(jì)及原則[J]. 汽車電器，2016，（02）：12-13.

[2] 劉振超，王龍波，宗喜旺，等.淺析汽車線束設(shè)計(jì)的原則[J]. 汽車電器，2015，（02）：19-22.

[3] 谷孝衛(wèi)，趙旺增，蔣小娜.從汽車整車電氣原理到2D線束的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)[J]. 汽車電器，2008，（05）：6-14.