电线和线缆的机械永久连接(一)

1、电线和线缆的机械永久连接 (一 )本章将回忆两种机械永久连接技术：卷曲式连接和弃皮式连接(IDCs)。卷曲连接用来连接单个电线或从线缆结构中别离出来的离散的电线的。IDC技术那么主要应用于单个工具制造过程(toolingstroke)中扁平线的大量的连接(masstermination)中。这两种技术将分别予以讨论。9.1 卷曲连接技术 卷曲连接是将要讨论到的技术中最古老的一个，它可以追溯到十九世 纪四十年代。卷曲连接要求一个卷曲的连接系统，其包括：*导线*端子*卷曲工具 卷曲连接技术出现之后，对于这样一个系统的需求变得十清楚显(apparent)。图 9.1示出了卷曲连接的一个横断面。 由提

2、示可知， 该横断面包含了卷 曲连接技术的根本原理。 (note 未做翻译 )所有的导体束在其它导体束或 卷曲桶作用下都发生了变形。 这些大量的接触面积包含了金属接触面， 而这种金属面对于产生低接触电阻是必需的。接触面完整性的维持是 通过对包围导体束的卷曲桶的变形的控制来到达的，以到达建立有压 缩力(compressive的剩余应力的分布。这种变形是由导体和端子的尺寸 及卷曲工具的几何形状决定的， 这就是卷曲系统为何如此重要的原因。图 9.1 所示的卷曲连接是由图 9.2 所示的手工卷曲工具完成的。 图中所示的卷曲连接的横断面及卷曲工具可以追溯到1941年。注意(note)卷曲工具具有两个向内弯

3、曲(machinedintothetool)的不同的卷曲dies,以 接收该工具为电线所设计的两种不同的尺寸。对于两个导线尺寸中的 任何一个,两个 dies 对于确保导体 /卷曲桶进行适当的变形是必要的。 卷曲系统的每一局部都将予以分别讨论。9.1.1 导线本节讨论的重点在于：为到达较佳(properly)卷曲操作所需的特殊导线 的准备要求。由于卷曲连接的大局部是由束状导体形成的,以后的讨论中将假设(assumed这种导线的结构。实质上，有两种要求：选择卷曲端子所用的适当的导线尺寸,以及从导线上剥去适当长度的绝缘皮以露出导线 且不会破坏导体束。导体束的损坏包括导体束的紧缩、断裂和带状导 体束(

4、strandedconductorbundle)的磨损、张开(splaying)。维持导体束的 完整对于确保所有的导体束在卷曲过程中被卷入(capatured)卷曲桶内很重要。导体的束状结构对于卷曲技术来讲并不重要,而其在就要讨 论到的 IDC 结构中却起着重要作用。控制弃皮长度以确保只有导体进 入端子的卷曲桶内。 如图 9.3所示的例子, 这些要求在卷曲连接的检测 标准中很重要。大多数卷曲端子都设计成可以接收两个或三个不同的电线尺寸 .卷曲工 具过程必须考虑选择电线尺寸以保证变形得到控制，这种控制对于 repeatable 卷曲连接是必需的 .9.1.2 卷曲终端 卷曲终端有两种主有形式：开

5、口圆筒和闭合圆筒。圆筒，更准确是指 卷曲或金属丝卷曲形成的圆筒，它们在卷曲过程中供电线插入和并示 在导体周围成形的终端形态。 图 9.4 包括了闭合和开口和圆筒形卷曲终 端，并显示了对应和电线插入操作。它们的不同点是明显的，闭合圆筒形终端要求电线沿轴向插入，开口 圆筒形终端那么是垂直插入。这种不同点导致了开口圆筒形终端的操作 速度有明显的提高，因为它供电线插入的区域比拟大，而且垂直放置 比拟容易实现。开口圆筒形终端广泛应用于自动卷曲过程，闭合圆筒 形终端也用于自动设备，但通常比例很小。闭合圆筒形终端通常在半 自动设备中当作中空片使用。这两种类型在手动曲操作时都有应用。 它们在制造过程中也有一个

6、不同点。开口圆筒形终端通常冲压成型而 成，反过来说，闭口圆筒形终端有好几种制造方法，但冲压成开型还 是常用的方法。机加工制成的闭合圆筒形终端被指定用于军事或空间 天体中，冲压成形和机加工所得到的闭合圆筒形终端如图 9.5 所示。在 图 9.5a 所示的冲压成形得到的卷曲圆筒在成形时产生了一条缝隙，这 可能在成形或焊接后下来。而如图 9.5b 所示的机加工卷曲圆筒就没有 这情况。根据应用要求卷曲圆筒可能裸露或镀有锡，镍或金-镍。在卷曲圆筒的未端镀锡是比拟常见的，尤其是在商业领域。这样的未端对卷曲圆筒 终端的基体金属上的铜合金有保护作用，如同经过相同的机械设备使 卷曲过程变得容易一样，这已经在第三

7、章对端子的未端和分开的连接 点讲述过。有关卷曲终端的附加提高值得注意：塑料支持或夹紧，闭合卷曲终端 的前端绝缘。塑料支持圆筒 图 9.6的功能正如它的名字所提示的一样准确。使塑料 支持圆筒变形，围在电线的周围，塑料伸出来长的局部被剥落，去支 持或夹紧，以及提供了相等的应变荷，尤其在小型电线方面塑料支持 和可以加强拉伸强度一样，在高震动环境下可以极大地提高卷曲连接 点的性能。在闭合卷曲圆筒终端，塑料支持圆筒通常是卷曲圆筒的延伸，而在开 口圆筒终端看起来那么是分开的情景。分别如图9.6a与9.6b所示。在这两情况下，塑料的支持与卷曲通常和电气 /机加工卷曲一样用同一种工 具制造和冲印。塑料支持的卷

8、曲端与电线圆筒的卷曲端的不同之处在 于塑料支持的卷曲端仅仅是去包住电线，而不会产生如导电端子卷曲 端结构造成的同等变形。 图 9.7 典型地显示了这两种结构在导体变形方 面的区别。还需在指出的是对于开口圆筒终端其塑料支持的曲端形状 有好几种设计，包括图9.8a所示的折层状和图9.8b所示的包覆设计。 虽然有些开口圆筒设计可以提供易于装配的优点，在闭合圆筒结构中 塑料前端卷曲成圆筒还是比拟常见。重要的是，塑料绝缘体通过不同 的方式接触终端，并对绝缘体进行卷曲操作。当然，这要求绝缘体的 材料有足够的延展性来应付卷曲过程的变形。绝缘体的一个重要功能 是在应用的连接点中区分开短路卷曲的连接点与其它卷曲

9、连接点或系 统中的导体组件。9.1.3 卷边工具 卷边系统的最后一局部为卷边工具。存在相当多的各种卷边工具以满 足各种不同应用的需要。工具包括从简单的手工工具到自动机械，它 们用来测量所需导线长度、 剥掉所需长度的绝缘皮， 以及每小时卷 4000 个接头 witha3in(7.6mm)leadlengeth 当监视卷边过程、卷边力和在连续 根底上的卷边高度。图 9.9 中提供了开放式柱状接头的卷边过程。 如前述，裸导体从上部插 入开放式柱状接头以利用其大的目标面积。对于封闭式柱状接头，导 线的聚集和导引发生在轴向最一般的是用手。实际上，卷边工具的 作用是确保裸导体在卷边筒中的正确位置并且控制导

10、体与接头的变形 以保证卷边连接的永久性。变形的控制依靠导线及接头的正确对接、 工具尺寸、工具动作的控制特别是压罚机的闭合高度。 卷边尺寸在诸多设计中存在，其值为实际应用值或商业上所说的推荐 值。例如，图 9.10 中所示的开放式柱状接头卷边尺寸广泛地应用在 whitegoods和其它商业应用方面。这个尺寸被称为F卷边，因为在卷 边的过程中，将未成型的卷边筒被折弯、卷曲、压入导线中。也许应 该叫做B-型卷边，因为它更类似过程的几何形状。军事或航空上四凹槽或四八型凹槽型卷边来检验用机器卷边的接头 的质量之优劣。图 9.11 表示了在接头处的四八型凹槽卷边，并插入 了一幅通过四个凹槽局部的横截面图。

11、如图示，四个独立的凹槽可以 成一条直线，或者每一组凹槽相互偏离为45C。图9.12表示了 W型卷边，还有其它许多不同封闭式柱状卷边的横截面图。9. 1 .4卷边系统总结 多年卷边连接的经验显示，可大量生产且平安的接头依赖于卷边系统 的每一个组成局部：导线、接头及工具。在为导体范围和卷边工具考 虑的设计中，适当长度的导线对于卷边的永久性来讲是必要的。对于 卷边筒与卷边工具的尺寸与公差的控制，必须在冲压成型以及卷边 过程中获得。如 Whitelyd1964 年提出的：好的卷边不是随便发生的 它们是设计出来的！下一节将讨论支持卷边过程的一般机械装置。9.2卷边过程的一般机械装置下面的关于卷边机械的讨

12、论，来源于 Whitely，将说明控制导线和接头 变形的重要性及这种变形对于卷边连接的机械与电特性的影响。9.2.1 在卷边过程中卷边连接的特性及变形图 9.13 与图 9.15 表示了导体接头的变形与卷边连接的某些电及机械 特性之间的一般关系。图标的电与机械性能曲线的形状及相对位置具 有代表性，曲线的每一个细节的变动与卷边系统有着很大的关系特 别是导体的尺寸与材料及卷边工具的几何形状有关。此讨论的目的在 于将变形与卷边期间所形成的性能建立一普遍意义上的联系。9.2.2 卷曲式连接的机械性能 首先考虑机械性能和变形的关系，其中机械性能是通过卷曲式连接的 拉伸强度来监控的。一旦导线上的卷曲圆管(

13、crimpbarrel)开始变形， 导线内部的导体束(conductorstrands)与该卷曲圆管间的磨擦力就会 增大。即(在弯曲变形开始起)该拉伸强度的值会因这些被增大的磨 擦力而降低。在卷曲过程中，导线的变形会导致其横截面的变形，且会导致导体束 和卷曲圆管在长度方向上被挤出。在发生磨擦时、发生变形时及接触 外表金属区域的形成过程中，前述两种情况(即横截面的变形、导体 束和卷曲圆管在长度方向上被挤出)均会导致接触外表薄膜的破裂。 正是由于一根根的导体之间及导体与卷曲圆管之间，在它们接触时所 形 成 的 前 述 接 触 表 面 金 属 区 域 ， 因 而 产 生 了 机 械 接 点(mech

14、anicaljunction)。拉伸强度会持续增大，直到该变形导致总的横 截面面积的减小量低于原导体横截面面积的减小量，这时拉伸强度减 小因为原面积保存了计算中的参考数据 。图 9.13 中给出了随着拉伸 强度升到最大值的过程中变形的情况。卷曲式连接的拉伸强度值与变形前的导线有关，其因导线尺寸的不同 而不同。典型的是在导线快要断裂时的强度值。图 9.14 给出了一些导 线尺寸的典型数值。图 9.14 还给出了一些依不同工业标准而对卷曲拉 伸强度作出的要求。此处对拉伸失败的机理作个说明。一般说来，卷曲变形低于拉伸强度 曲线最大变形值时，该卷曲式连接会在导线分开时失败，而卷曲变形 高于拉伸强度曲线

15、最大变形度值时， 该卷曲变形又会导致导体的断裂。如历史所记录的，早期卷曲习惯于在机械曲线的斜上方，从而缓解用 户所担忧的卷曲过程会 “切断 导线里的金属丝。别离的失败说明这种切 断并没有在卷曲式连接中发生。9.2.3 卷曲式连接的电气性能如图 9.15 所示，卷曲阻抗监控的电气性能相对于变形的曲线与机械性 能相对于变形的曲线有非常明显的不同。二者最大的区别在于很大一 个范围内的变形对应的弯曲阻抗变化很小， 即所谓有一个较宽的 “平台 plateau。关于可别离界面，正如第二章所述，卷曲连接阻抗和变形的关系建立 在诸多接触面上，这些接触面电卷曲圆管和导体形成。在变形的初始 阶段，接触面积很小，与

16、那些可别离界面相似，它将随着金属结合数 量和范围的增大而增大。在卷曲阻抗相对于变形的曲线中，该曲线的 “平台 类似于如图 2.3 所讨论的接触阻抗相对于正常接触力曲线中的 “平台 。如图 9.16 所复述的，当有足够数量的金属接触面积产生以至 接触阻抗已由接触界面的全局部布的区域所决定时， 接触阻抗的 “平台 就产生了。对于卷曲式连接也可做类似的说明。一旦导体束与卷曲圆管之间的金属交接处到达足够的数量和面积，那么 导体对管的结合就形成了。至少在电气上是一同一性质的物质了。当 这个条件实现后，导体不再发生收缩，如第七章所述图7.1，在卷曲阻抗中的宽域的平台反映了这一条件。 如果有附加的接触面积产生， 超过了为使卷曲连接在电气上表现出同一介电性所需的面积，根据建 议的模式，这将对卷曲阻