接線端子設(shè)計(jì)
接線端子做為連接器的一種,是電氣行業(yè)中的一個(gè)重要組件,起著不可替代、不可忽視的作用,因工程技術(shù)人員在檢修時(shí)首先也是從接口檢查,也就是端子入手,因此接線端子的設(shè)計(jì)尤為重要。
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是集于:產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、材料、結(jié)構(gòu)、電鍍、認(rèn)證、模具、及制造工藝的一種綜合性設(shè)計(jì),端子也不例外。
(一)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)起著總的指導(dǎo)思想,幾乎所有的考慮都以它為依據(jù),我們端子設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)首先以UL和CSA為準(zhǔn),不過在有些電氣參數(shù)方面也可以以其他標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),如高低溫試驗(yàn)。
(二)材料的選擇直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的性能,是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,以塑膠材料為例:如果是以UL94,V-0的阻燃為設(shè)計(jì)依據(jù)就要認(rèn)真審核各家材料物性表的技術(shù)參數(shù)是否能滿足產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn),如沖擊耐電壓和耐老化試驗(yàn)是否能過,在五金材料方面主要是TP的壓片材料選擇尤其重要,因?yàn)榇藟浩纫獫M足一定的導(dǎo)電率(電流)又要有一定的彈性,在選擇材料方面給我們的工程師帶來了困難,而恰恰在此方面正是連接器廠商在彈性元器件所追求的趨勢,許多生產(chǎn)五金材料的廠家正在這方面努力,導(dǎo)電率直接影響到溫升和接觸電阻,彈性的好壞與材料的化學(xué)元素、彈性模量、硬度、抗拉強(qiáng)度有關(guān),彈性模量選擇用材料力學(xué)的第四強(qiáng)度理論公式進(jìn)行計(jì)算。材料的導(dǎo)電率越大接觸電阻就越小溫升就越低,插拔力與接觸電阻成二次曲線的關(guān)系,接觸電阻主要分:壓縮電阻、膜層電阻、體積電阻(導(dǎo)體本身的電阻)。其中膜層電阻占總電阻的70~80%,也是影響連接器壽命的主要因素,應(yīng)給予充分重視,就以端子鍍金和鍍銀來比,雖然銀的導(dǎo)電率比金要高,但是其化學(xué)穩(wěn)定性沒有金好,所引起的膜層電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍍金,所以搞清以上之間的關(guān)系對于我們選擇材料就有指導(dǎo)意義,是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提條件。
(三)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的,這完全是經(jīng)驗(yàn)方面的東西,無捷徑可走,在這方面各個(gè)系列各有特點(diǎn),如:螺釘防掉、拼接的產(chǎn)品前后呈弧形,長位數(shù)變形等,壁厚不均勻造成的縮水變形等,螺釘?shù)姆赖糁饕幸韵聨追N:三條筋防掉、箍口防掉,頸口防掉,沖壓防掉,因受技術(shù)工藝的影響頸口防掉采用不多,而大多數(shù)采用頸口防掉,以上結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)是以塑膠材為PA66為前提條件,在這里需要對頸口防掉進(jìn)行說明,以螺釘為M3為例,M3的螺釘實(shí)際外徑是φ2.90mm,所以外殼頸口的尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)在:φ2.5~φ2.6,外殼頸口的厚度應(yīng)在0.4~0.5mm,且螺釘頭部下應(yīng)有一段小于外殼頸口的光桿,這樣才能保證螺釘可以順利旋進(jìn)螺紋里面,在生產(chǎn)工藝也應(yīng)該做相應(yīng)的調(diào)整,下面就對我公司各系列產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)的問題做一個(gè)統(tǒng)計(jì)和解決的方案。
1、拼接產(chǎn)品組合成長位數(shù)的變形問題,產(chǎn)生的主要原因也是因結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致兩拼接隼在前后上下左右受力不平衡,所示在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其拼接隼的受力和變形方向。
2、螺釘防掉的問題,在這方面我建議盡量用頸口防掉,因?yàn)樗c箍口防掉相比避免了螺釘光桿和箍口處公差精度所帶來的煩惱。而且結(jié)構(gòu)可靠公差容易控制。
3、螺釘及帶螺紋鋼件在電鍍后鹽霧試驗(yàn)的問題,因按2012年公司螺紋電鍍的標(biāo)準(zhǔn)(鍍層是受到限制,但多大的螺紋對應(yīng)鍍層厚度我認(rèn)為還有待進(jìn)一步確定),解決此問題在電鍍工藝正常的情況下有兩種方法,選擇正確的封孔劑和采用鍍層分多次電鍍,這兩種方法都是要覆蓋螺釘產(chǎn)生的用肉眼所看不到的孔隙。采用鍍層分多次電鍍成本較高,所以建議用第一種方法,而此方法的關(guān)鍵是在于封孔劑配方的研究。
4、插拔力的問題,此方面所涉及到的內(nèi)容較多,它與材料、電鍍、結(jié)構(gòu)和所應(yīng)用的行業(yè)都有關(guān)系,是連接器行業(yè)一項(xiàng)重要的機(jī)械性能要求,插拔式端子更是如此,材料的選擇就插拔力而言受導(dǎo)電率(電流)和接觸電阻及溫升的限制。在這里就不再做詳細(xì)的說明了,電鍍主要是受鍍層的種類和是否預(yù)鍍的影響,
一般而言,在相同材料和結(jié)構(gòu)下預(yù)鍍后壓片要比先沖壓再電鍍的壓片在插拔力方面要穩(wěn)定,因?yàn)樵诤箅婂児に囘^程中無形之中是對五金材料做了硬化處理,而在先沖壓就正好消除了這種現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)方面主要考慮是壓片與引針的接觸,引針與壓片的接觸大都是線接觸,這就造成在配合時(shí)出現(xiàn)在插的一瞬間突然很大,而后又突然變小,給客戶在使用的過程中有極不穩(wěn)定的感覺,影響其壽命,如果把壓片與引針的接觸在結(jié)構(gòu)方面改成面接觸,那么就既解決了插拔力的問題又減小了接觸電阻和溫升。
(四)產(chǎn)品的應(yīng)用:主要應(yīng)用在照明,通訊,安防等行業(yè)。而插拔式端子的應(yīng)用行業(yè)是最為主泛的,如變頻,防暴,數(shù)控面板,門禁控制器,傳感器,PLC,儀器儀表,電源,伺服驅(qū)動(dòng),以上這些應(yīng)用行業(yè)對插拔式端子的共同的要求是:插拔力要平穩(wěn),接觸電阻要小,要能滿足一定的壽命和疲勞度,所以對五金彈片材料的要求較高。這就要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)師對結(jié)構(gòu)和選材具有一定的經(jīng)驗(yàn)。對于柵欄式端子主要應(yīng)用在:電源,繼電器(特別是雙層端子),變頻器,電梯行業(yè)(較少),空調(diào)。
此系列端子的要求是在壓線時(shí)對螺釘?shù)呐ちσ筝^高,螺釘退到最高位的距離要大于最大壓線范圍,對于長位數(shù)的端子不能有翹曲變形,螺釘?shù)目垢g性要求較高。
(五):隨著我國3C認(rèn)證制的開始,國家對電器產(chǎn)品的安全,電磁兼容的要求提出了更高的要求,與之相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有:GB16836-2003《量度繼電器保護(hù)裝置安全設(shè)計(jì)的一般要求》、GB/T14598.3-1993《電氣繼電器的絕緣試驗(yàn)》、JB/T 9568-2000《電力系統(tǒng)繼電器、保護(hù)及自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件》、國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60255-27(CD:2002)《量度繼電器和保護(hù)裝置的產(chǎn)品安全要求》、其中GB16836-2003涉及到的安全項(xiàng)目主要包括:機(jī)械結(jié)構(gòu)、外殼防護(hù)、絕緣配合、發(fā)熱、著火試驗(yàn)、防觸電、安全標(biāo)志及安全說明書。
1、機(jī)械結(jié)構(gòu)安全要求端子在化學(xué)方面和結(jié)構(gòu)材料方面及帶電的運(yùn)動(dòng)部件要保證人身安全,如外殼的棱角,五金方面的毛刺,及各零部件的連接強(qiáng)度,甚至在運(yùn)動(dòng)等條件下產(chǎn)品的穩(wěn)定性,以上都是電力行業(yè)中機(jī)械結(jié)構(gòu)對端子的要求。
2、外殼的防護(hù)要求主要是JB/T 9568-2000對防護(hù)等級(jí)的規(guī)定,它主要分兩種,一種是固體異物的防護(hù)等級(jí),一種是水對設(shè)備和產(chǎn)品造成的危害。
3、絕緣配合要求主要是根據(jù)所用材料、工作電壓及環(huán)境污染等級(jí),來合選取電氣間隙和爬電距離、從而保護(hù)工作人員和產(chǎn)品工作的安全,同時(shí)也使產(chǎn)品在過電壓不會(huì)發(fā)生絕緣損壞。
4、漏電起痕指數(shù)的要求,產(chǎn)品在使用過程中因固體絕緣材料表面在電場和電解液的作用下,形成導(dǎo)電通路,從而使外殼絕緣材料的絕緣性能下降,影響產(chǎn)品的安全。如果在相同絕緣電壓等級(jí)條件下,漏電起痕指數(shù)高時(shí),產(chǎn)品的爬電距離可以減小,如果我司產(chǎn)品進(jìn)入電力行業(yè)請研發(fā)在這方面充分重視。
5、熱塑性材料在工作中對變形要求,它主要對端子在工作中產(chǎn)生的溫升和接觸電阻,它引起的高溫使外殼變形變軟,從而使電短路,造成嚴(yán)重事故,所以對端子的載流部件材料的選擇顯的很重要。
6、防觸電要求,在結(jié)構(gòu)方面操作元件不應(yīng)帶電,與內(nèi)部連接的端子不應(yīng)是可以觸及到的,這方面主要是對螺釘扭力可靠性的要求,應(yīng)防止與可觸及的端子的螺釘,導(dǎo)線意外松動(dòng)而短路。如接地端子的要求:Ⅰ類安全產(chǎn)品的接地電阻不應(yīng)大于0.5Ω。
(六)模具方面,至少在連接器行業(yè)幾乎所有重要的零部件都是通過模具來實(shí)現(xiàn)在,效率高,精度好,維護(hù)方便,端子主面主要以塑膠模和五金連續(xù)模為主,塑膠模方面:主要在于設(shè)計(jì),首先對產(chǎn)品分模面的選擇是很重要的,他決定模具自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),還有側(cè)抽芯(多的可以是四面)進(jìn)膠口及方向的設(shè)計(jì),模具次卻系統(tǒng)也是一個(gè)很重要的一項(xiàng),至于有些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)受塑膠料類型的影響,絕緣外殼結(jié)構(gòu)的均勻?qū)δ>叩挠绊,前模和后模上的鑲件要避免對插現(xiàn)象,作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師如果只考慮產(chǎn)品的功能和標(biāo)準(zhǔn)方面會(huì)導(dǎo)致模具的正常生產(chǎn)和外觀現(xiàn)象,要兼顧模具制造加工工藝,另外是注塑機(jī)的成形工藝,這方面的影響也是很重要的:注塑溫度、成形時(shí)間,鎖模力、注塑速度等。
(七)其他制造工藝,端子所用到其他的零件的制造工藝還有:儀表、鑄造、熱處理等。對以上工藝不光只是了解,更重要的是要積累經(jīng)驗(yàn),及時(shí)總結(jié),循序漸進(jìn)。所以在研發(fā)方面大大提升產(chǎn)品項(xiàng)目工程師素質(zhì)和加大項(xiàng)目工程師負(fù)責(zé)管理制是實(shí)現(xiàn)完成產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。
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