連接器耐久性之三種故障模式解析
發布時間:2011-03-08
中心議題:
- 摩擦腐蝕與電鍍問題
- 電氣故障問題
- 連接器接插問題
qichezhizaoshangduiqigongyingjidideyaoqiuyuelaiyuegao,zheduiyuqichelingpeijiangongyingshanglaishuoyijingshiyijianzhongsuozhouzhideshiqing。jiulianjieqigongyingshangeryan,zheyiweizheduichanpindexingneng、穩定性和成本的要求更加嚴格。供應商隻有不斷革新產品及工藝,滿足客戶的這些需求,才能處於優勢地位。
一輛典型輕型汽車大約有1500個連接點,其中50%到60%用於關鍵的配電功能。汽車連接器被用於日益惡劣的環境,包括溫度(低至零下40°C,高達零上155°C)、振動、氧化作用以及摩擦腐蝕,我們開始認識到設計攻關的重要性。
實shi際ji上shang這zhe件jian事shi情qing做zuo起qi來lai並bing不bu簡jian單dan,大da多duo數shu商shang業ye電dian子zi元yuan器qi件jian出chu現xian故gu障zhang時shi最zui多duo讓rang人ren感gan到dao煩fan惱nao失shi意yi,可ke是shi如ru果guo關guan鍵jian汽qi車che零ling配pei件jian連lian接jie出chu現xian問wen題ti,則ze會hui引yin起qi火huo災zai報bao警jing器qi、製動器或安全氣囊失靈,導致嚴重後果。
lianjieqizhizaoshangbixushibiebingfenxihuanjingzhongnaxiekenengduilianjieqixingnengzaochengyingxiangdewulihejixiexianxiang。anzhaoqichezhizaoshangguidingdeyingyongtiaojian,weilepinggulianjieqidewendingxing,lianjieqizhizaoshangshishilejingxideceshichengxu。ruguochuxianlianjieqiguzhang,daduokequedingweixiashusanzhongguzhangmoshi 之一:摩擦腐蝕、電氣故障以及連接器接插問題。
摩擦腐蝕與電鍍問題
腐蝕性氣體、高濕度和強烈振蕩是引起氧化作用和摩擦腐蝕,並導致連接器故障 的三大條件。這些環境因素會對錫和鉛錫接觸表麵造成極大的影響,有90%的連接器表麵屬於這種情況。
通常,人們采用電鍍貴重金屬的方式,如鍍金或鍍銀,因為這些金屬不會發生氧 化作用。這些鍍層的厚度從0.5μm至1.27μm不等。然而,令人遺憾的是,由於含有這些貴重金屬以及對其加工使得這類電鍍工藝價格不菲,所以人們盡 可能少用這類電鍍材料。在汽車電氣線束應用中,大約隻有10%的連接點使用了這類金屬。
其結果是,一些主要的連接器供應商,例如FCI給出了其他可供選 擇的電鍍解決方案(例如純錫電鍍、錫-特氟隆TinTeflon、NXT和壓合技術),不僅滿足了OEM的成本要求,而且產品具有同樣的性能。
因為必須符合高標準的汽車規格要求,源於電信市場的壓合端子技術(連接器到電路板)備受矚目。由於汽車PCB比應用於電信行 業PCB要薄,操作溫度(125oC)也要高很多而且使用環境有振動,想要將這種技術引入到汽車係統不是一件容易的事情。
這種技術帶來了顯著的工藝成本效益,它將一個無焊錫引腳壓入到金屬PCB板孔中。為適用 於嚴格的汽車應用條件,FCI壓合端子經過專門的設計,在插入PCB時提供完全可控的力度,將阻力和變形降到最低,確保與PCB的接口穩固。
由於比波峰焊更具成本效益,加之工藝完全自動化,降低了PCB成本,FCI蝶形解決方案(和相關的應用工具)越來越受到汽車製造 商的青睞。除性能優越(兼容SMT工藝以及卓越地保持元件的完整性)以外,由於不存在對PCB的熱衝擊和錫橋的 風險,它還提高了附加工藝質量。
此外,FCI發現:在壓合應用中使用正確的電鍍工藝和引腳的條件下, 當觸點受各種外部條件製約(例如:急劇的溫度變化、相對濕度變化、長期處於幹燥環境和氣體腐蝕)的時候,觸點抗阻性一 直保持較小變化。然而,隨著引腳數量的增加,壓力會變得很大,所以在將連接器插入到基座時應非常小心。
FCI研製了一種名為“NXT”的新型電鍍工 藝。基於一種非晶態鎳的化學性質,它可以提供非常平滑均勻的電鍍表麵,能夠大幅度減少金鍍層的厚度(大約減少80%)。在安全關鍵 應用中,這種技術能支持極低的信號電流。
多引腳連接器向連接電鍍係統提出了另一個考驗。出於人體工程學的考慮,連接 器qi插cha入ru力li應ying盡jin可ke能neng小xiao,但dan隨sui著zhe電dian路lu計ji數shu的de增zeng加jia,插cha入ru連lian接jie器qi所suo需xu的de力li將jiang會hui成cheng比bi例li增zeng加jia。然ran而er,電dian性xing能neng通tong常chang表biao明ming每mei個ge觸chu點dian都dou獲huo得de高gao觸chu點dian壓ya力li(通常引起高插入力),這與獲取低連接器 插入力的目標是相抵觸的。
為解決這個問題,人們研製了一種新型接觸表麵。特氟隆(Teflon)微顆 粒在普通錫槽內經過相同處理並有選擇性地電鍍到接觸表麵。微顆粒可將一個典型的鍍錫的端子插入力降低40%以上。這種解決方 案可使連接器擁有更多的引腳,且無需插入輔助裝置——增強人機工程學並提高連接器穩定性。此外,經測量顯示,當端子易受振動影響時,錫-特氟隆(Tin-Teflon)表麵比其他任何鍍錫觸點具有更好的防摩擦腐蝕效果。
電氣故障:加強式新型壓接技術
線纜與端子的連接問題是引發保修和連接器係統故障主要原因之一。對於汽車配 線xian係xi統tong,壓ya接jie是shi一yi種zhong非fei常chang普pu遍bian的de方fang法fa,用yong於yu將jiang端duan子zi連lian接jie到dao線xian纜lan上shang。這zhe種zhong工gong藝yi已yi被bei證zheng明ming可ke靠kao。與yu焊han接jie法fa相xiang比bi,在zai提ti高gao壓ya接jie可ke靠kao性xing方fang麵mian它ta更geng加jia經jing濟ji實shi惠hui、簡單易操作。為 改善端子夾頭幾何形狀,連接器製造商投入了大量精力。通過一項廣泛的分析實驗研究,FCI不僅研製出一種新型的用於壓接優化的解析工具,還提出一 種具有創新意義的新型壓接幾何形狀。
FCI的“兩步法”壓接解決方案提出一種可以在傳統壓接衝床上 以典型高速壓接率生產的壓接方法。“兩步法”壓接完成時模具內部會發生兩次衝擊。
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第一步,在端子夾頭區域任意一側進行普通壓接操作。和其他任何壓接一樣,在 壓縮衝程結束後衝壓機和鐵砧分離,壓接會稍微鬆弛。絞線不再像此前那樣緊湊地結合在一起,電阻擁有更高阻值。
在壓接工藝的第二步驟中這個問題得到解決。壓接模具第二次衝擊夾頭區域。在 之前經壓接處理的位置之間有一個夾頭部分,這一次衝擊的是這個夾頭部分的中間位置。廣泛的測試已表明:通過“兩步法”工藝可以獲得最佳的、長期的絞線壓縮 效xiao果guo。由you於yu消xiao除chu了le壓ya縮suo回hui跳tiao,壓ya接jie地di帶dai產chan生sheng的de冷leng焊han得de到dao了le加jia強qiang和he穩wen固gu,壓ya接jie具ju備bei了le較jiao高gao的de可ke靠kao性xing。兩liang步bu壓ya接jie適shi用yong於yu需xu要yao極ji低di電dian流liu和he過guo渡du電dian阻zu的de所suo有you應ying用yong。安an全quan氣qi囊nang傳chuan 感器和控製器就是這類應用的例子。
連接器接插問題
在裝配廠向汽車內安裝配線時,連接器的不當接插可能會導致連接器故障。為克 服這個問題,設計工程師研發了各種各樣的連接器鎖止裝置,其中一個例子就是FCI研製的彈簧鎖(Spring-Lock)。當連接器的兩個半部接插在一起的時候,彈簧裝置會被壓縮。如果正確接插,連接器彈簧鎖將發揮作用, 使兩個連接器結合在一起。如果連接器沒有完全接插到位,彈簧則會彈開兩個半部(當安裝人員鬆手放開連接器時),這表明連接失敗。
另一個辦法就是使用一個接插輔助裝置來簡化較大的連接器的接插工藝。FCI的新型ErgoMate?技 術shu采cai用yong一yi個ge齒chi輪lun式shi凸tu輪lun和he滑hua塊kuai裝zhuang置zhi。這zhe個ge滑hua塊kuai裝zhuang置zhi可ke使shi連lian接jie器qi接jie插cha時shi從cong裝zhuang配pei器qi處chu獲huo得de一yi個ge流liu體ti動dong力li,這zhe樣yang就jiu無wu需xu典dian型xing連lian接jie器qi驅qu動dong次ci級ji操cao縱zong杆gan或huo滑hua塊kuai。與yu其qi他ta方fang法fa相xiang 比,因為有了凸輪,連接器插入力能夠減少40%。FCI最新推出的APEX24-wayHybrid連接器就運用了這項技術。當工效設計獲得改善的時候,裝配變得簡單易行,連接穩定性也隨之增加。
FCI解決了另一個與安全氣囊點火模塊線纜連接有關的問題。在 過去的20年中,大量生產了煙火信號裝置(安全氣囊和安全帶預張緊器),但其中的一些裝置在汽車裝配過程中很難觸及到,這就需要安全爆管連接器接接插口。
FCI的解決方案提出一種新型防斜插連接器接口——MCCAK-2。(爆管連接器是一種專 weicheneiyanhuoxinhaozhuangzhiershejidedianlianjieqi。zhexielianjieqifeichangxiaoqiao,tongchanghuidaiyouxinhaolvbozhuangzhirutieyangtihuoxianquanyigongxinhaojiagong。danglianjieqicharuhuobachuanquanqinangshi,shiyongteshu 的短接觸點可以防止由於寄生信號輸入而引起的安全氣囊疏忽觸發。)由於采用先進的安全應用程序(例如行人保護裝置),使得這種連接更加複 雜,因此需要密封爆管連接器解決方案。
在應用於汽車外部和引擎罩下方時,將連接器的電觸點密封是非常重要的。對於 連接器製造商來說,提供價格低、穩定性高、裝配容易的潛式連接器解決方案是一件極具挑戰性的事情。在高密度或多引腳係統中,采用墊片密封件或多孔密封環是 一種標準做法。設計時,這類密封件有兩個主要問題必須解決。
第一,需要通過封孔來插入端子,這意味著一個方形或矩形端子要穿過一個圓形 封孔。這就必須對端子的合成插入力進行控製以防止線纜彎曲。
第二,不同線徑對密封的要求。通常,這迫使采用封孔較小、彈性較大的密封件 以適用於不同線徑,而這樣增加了密封件損壞或撕裂的可能性。
FCI借鑒潛艇的方法,提供的專為發動機管理係統而設計的CMC係列連接器就是 一種具有創新意義的密封法。通過密封件線纜(帶有端子的)裝配到連接器內,然後布線蓋對密封件進行進一步壓縮。這樣,在裝配過程中隻產生較小密封壓力或作用 力,實際應用時可獲得較大密封壓力或作用力。
所有這些創新發展都表明了連接器設計者和製造商不斷為要求越來越高的市場提 供新產品的決心。作為全球機動車連接器行業的領先者,FCI擁有悠久的創新曆史,它還將一如既往地努力提高汽車的可靠性,最終讓客戶滿意。
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