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连接器理论基础手册

第九章　电线和线缆的机械永久连接

本章将回顾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分离出来的离散的电线的。IDC技术则主要应用于单个工具制造过程(tooling stroke)中扁平线的大量的连接(mass termination)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：
1. 导线
2. 端子
3. 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分明显(apparent)。
图9.1示出了卷曲连接的一个横断面。由提示可知，该横断面包含了卷曲连接技术的基本原理。(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达到的，以达到建立有压缩力(compressive)的残余应力的分布。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曲(machined into the tool)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。卷曲系统的每一部分都将予以分别讨论。

9.1.1 导线

本节讨论的重点在于﹕为达到较佳(properly)卷曲操作所需的特殊导线的准备要求。
由于卷曲连接的大部分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(stranded conductor bundle)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，开口圆筒形终端则是垂直插入。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较大，而且垂直放置比较容易实现。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较常见的，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，塑料伸出来长的部分被剥落，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则是分开的情景。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较常见。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

卷边系统的最后一部分为卷边工具。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 [with a 3 in (7.6mm) lead lengeth]当监视卷边过程、卷边力和在连续基础上的卷边高度。
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white goods 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部分的横截面图。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45℃。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，可大量生产且安全的接头依赖于卷边系统的每一个组成部分﹕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Whitelyd 1964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（crimp barrel）开始变形，导线内部的导体束（conductor strands）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、发生变形时及接触表面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）均会导致接触表面薄膜的破裂。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（mechanical junction）。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（因为原面积保留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，从而缓解用户所担心的卷曲过程会“切断”导线里的金属丝。分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）。
关于可分离界面，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，与那些可分离界面相似，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部分布的区域所决定时，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达到足够的数量和面积，则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，这将对卷曲阻抗的大小产生一些影响。这种模式有其局限性，（严格地说，同一物质的假定就是不确定的）这显然是由于随着变形阻抗会稍微地降低的缘故，这意味着随着变形接触面的这种同一介电性会在其边际上（marginally）持续得到改善。
这并不是说增加面积在联结的电气稳定性方面没有好处的。显然，附加接触面积的产生将提供过剩和保护，以防止在腐蚀中或机械振动中接触面积的减少。然而，继续变形将导致横断面的减少，那正如有关于拉伸强度的讨论，以及还将伴随着卷曲连接阻抗的增加。
还有一点需要说明，一般来说，电阻的最小值所对应的变形（通常很高）与导致最大拉伸强度的变形不一致。

9.2.4卷曲变形和卷曲高度

图9.13和图9.15的变形尺度涉及到导体和终端的综合变形的面积指数　面积指数是指卷曲后的横截面积与卷曲前电线及crimp barrel的原始横截面积总和的比值，它通常用一个百分数来表示。由经验可以得知，当面积指数在百分之65到百分之85范围内时，其可以提供符合机械及电气要求的最佳工作性能。一个好的面积指数是建立在卷曲系统组成部分基础上的，工具的类型都可以产生影响，例如自动工具与手动工具。在有些情况下，当电气工作性能比机械强度要求更为重要时，这种特定的要求使面积常数被限定在范围内的较低值，从而在剧烈变形下充分利用加强的电气性能。
当卷曲连接点的形状由电线/终端/工具综合而确定时，面积指数受到卷曲连接点的高度的控制和监视。图9.17显示了一个典型的卷曲高度的测量方法，卷曲高度和其它卷曲操作参数一起在9.4.4节讨论。

9.2.5变形的总结

图9.13和图9.15是下列关于导体/终端在决定卷曲连接性能方面作用的总结的图形说明。卷曲操作在芯线内许多股之间及crimp barrel之间产生了许多金属接触面，已经在第二章讨论过的这些金属接触面包括能使卷曲连接点的机械与电气牢固性的冷焊点。当进行卷曲时，导体的终端会产生接触和摩擦动作，从而造成表面变形，使得表面之间相互有机地流动，并最终导致表面薄膜的分解，这很容易产生冷焊过程。这里常讨论一个问题就是卷曲连接点的坚固性结果与表层薄膜(或表层平面)的分解及这些薄膜在冷焊过程中的影响的变异的不同。一般来说，为得到合适的机械连接而采取的变形要远大于为达到很好的电气工作性能而必需的变形，尽管在进行很大的变形时会产生最小的电阻值　正如所提到的，这种额外的变形可以提高连接点的导电性能。

9.3卷曲连接变形，冷焊及残余应力

根据上述可知，金属接触区域以及它们对电气及机械性能的影响方面的发明背景主要考虑卷曲连接。在应用中，当连接点受到外力时，卷曲连接点的性能便依赖于金属接触区域的完整性。这种影响会带来两种不同的现象，金属接触区域的发明的实现需要靠已在第二章中所揭示端子表面的严格结构的冷焊来实现。分布在卷曲连接点的合适的残余应力使保持冷焊点的完整性变为可能。各个相互联系的独立的冷焊点很小，因而其强度也受到限制。当所有的焊点能保持其受到的力时，它们的整体强度就很巨大了。残余应力通过使冷焊连接点一起发生作用可以实现卷曲连接的这种性能，为了理解残余应力及残余应力对卷曲连接的作用，仔细地去了解卷曲过程中变形的机理是必要的。

9.3.1卷曲过程中的变形机理

从简单的观点来看，芯线束和crimp barrel在卷曲时其直径及长度方向都发生变形。在变化过程中，直径方向变形的结果是，芯线束的横截面从圆形变成了先前图9.1所显示的变形形状，由于表层薄膜的分解从而暴露出的完全新的表层，在这种导线束结构变化的变形过程中辅助产生了冷焊。芯线束之间及芯线束与crimp barrel之间存在着力及微量位移，这些新的表层产生了期望的冷焊。
长度方向变形的结果是导线沿crimp barrel长度方向延伸的结果，这些变形的同时会产生冷焊，因为接触区域的表层薄膜会延伸及分解并产生了新的自由表层。
这些可能在设计时就存在的同样的变形特性可以使期望的残余应力之分布得到改善并能保持冷焊点的完整性。当卷曲变形结束及拿走制造工具后会产生回复弹性，利用它可以控制残余应力的分布。由于在卷曲时产生了大量的塑性变形，因而通常有一个变形的弹性组成部分，其在变形后拿走治工具时会生回复及回弹。这两点机械特性在很大程度上决定了卷曲连接的性能，当然它们也可以独立地去考虑。

9.3.2冷焊

如第二章所讨论的，冷焊发生当金属表面十分接近以致于在接触的表面形成原子键来提供相互的粘着力。由于这些原子键，金属表面膜会被破坏和转移。前述讨论的径向与轴向的变形产生这种破坏。冷焊可能是由于此种原因而产生的。在卷边连接过程中的冷焊连接已经被Labonney注意到并由Mroczkowski与Geckle所检证。
在参考文献4中，论证了冷焊可以通过记录在导体和导体与卷边间之间的材料转移来验证。如此的转移要求其表面与原始接触表面分开，这被认为表明了连接形成于相互接触的材料之间，而不是基体金属上，如第二章所讨论磨损过程。为了论证卷边过程中的转移，以铜与银导体的复合导线被卷边，运用标准的接头与工具，卷成一黄铜卷边接头。在此系统中，转移的机会存在于铜、银及黄铜之间。参考文献4中给出了许多冷焊的例子，其中的一个例子就已经够了。图9.18中显示了铜和黄铜对于银导体的转移。之所以这个例子被选中是由于它显示出了较硬材料（铜与黄铜）对于系统中最软部分（银）的转移。此项例子表示出冷焊确实在卷边连接中发生。这样就顺序地验证了所要求金属接触表面的存在。

9.3.3残余应力

如前面所提到的，残余应力的作用是维持在外加载荷作用下冷焊处的稳定性。残余应力卷边筒／导体所组成的系统之径向与轴向变形所产生。图9.19大略地表示了这些应力，尽管真实的应力分布要比图中所示复杂的多。径向与轴向的残余应力的大小与分布有很大不同，这可能是由于不同变形运动所导致的。
尽管在卷边过程中导体与卷边筒都会产生塑性变形，但变形中也存在弹性的部分。卷边连接之残余应力是卷边工具移走后卷边筒与导体在径向及轴向的不同弹性回复或回弹所产生的结果。
在径向，当卷边筒发生弹性回复时产生残余应力分布，在自由状态，卷边筒比导体的回弹量小一些。如果是这样，则卷边筒会产生对导体的压力以保持冷焊处完整与协作性。理论径向残余应力分布依赖于材料性能，特别是弹性模量与屈服弹度，以及卷边筒的几何形状。卷边筒的几何尺寸和其厚度都对回弹性能有影响。导体的回弹由导线的尺寸和其股数决定。
轴向残余应力比径向残余应力更容易解释。轴向应力由于导体与卷边筒的相互挤压而产生。当卷边力移除后，导体与卷边筒将产生弹性回复。再次，理想条件是卷边筒的弹性回复比导体小。在这种情况下，有一个附加的设计选项可用。卷边工具可以设计成锯齿状，所谓的Bell-mouth (如图9.20所示)通过由锯齿产生的高值磨擦力来限制导体的回缩。这就在Bell-mouth处位于导体与接头之间产生了一个残余应力。
在卷边中的残余应力的计算很复杂，涉及弹性变形、高值磨擦力和复杂的几何形状。然而，随着有限元模型程序的应用能力在不断增强，模拟简单卷边连接和卷边过程已成为可能。Mroczkowki、Gecklet和Ling直接address模型的残余应力。图9.21，是参考文献5中的第15图，表示了卷边连接中残余应力的存在状况。最低的等应力线代表的应力值为4000psi。这些应力通过卷边连接模型的变形计算得到，根据当卷边筒和导体移走后发生的回弹模型。计算应力由两种回弹量不同所获得。这些应力的大小与位置以及相关的残余应力，依赖于前述卷边筒与导体的特性，也包括卷边的几何形状。
因为其复杂性，所以只有在卷边中须保持冷焊的完整性时才会去创造一些残余应力，这一点是须特别声明。图9.21显示了在卷边筒中压缩残余应力的分布。在bell mouth附近的残余应力如预期的一样，得到了前述的磨擦效果。

9.3.4 卷曲变形和卷曲连接性能的总结

卷曲连接在电和机械方面的性能取决于对导体和卷曲桶的变形的控制。变形的控制是卷曲系统的一个结果：(a result)导体，卷曲桶和卷曲工具。在变形过程中，产生的微小的冷焊金属结点提供了导体和卷曲桶间的电导率。冷焊也提供了机械强度，不过有利的(favorable)残余应力分布对于确保冷焊的机械完整性是必需的。残余应力的分布也取决于卷曲系统。

9.4 卷曲连接的其它考虑因素

除了上面所述，卷曲连接在设计和应用方面仍有一些影响因素值得考虑。

9.4.1 卷曲桶的锯齿状凸起

卷曲桶内incorporating锯齿状凸起为卷曲连接中提高冷焊和机械稳定性提供了一种可能。锯齿状凸起是一些卷曲桶内小的压痕(indentations)或者皱痕(corrugations)。图9.2.2示出了卷曲桶内的锯齿状凸起。源自Ref.4的图9.23说明了导体到锯齿状凸起的流动模式。该微观照片是通过小心地打开卷曲连接并将导体束移出而得到的。进入锯齿状凸起的导体束的变形显而易见。在变形过程中，导体束被固定于大量锯齿状凸起的内部，这提高了卷曲连接机械稳定性。
锯齿状凸起同时通过提供一个边缘(edge)也提高了冷焊工艺(process)，在这个边缘上，导体被磨损，这促进了film disruption且将作用力集中于锯齿状凸起/导体的接触面上。
由经验知锯齿状凸起可以明显提高最初的卷曲电阻(表现在冷焊的增强)和卷曲连接的长久性能(体现在增强机械稳定性上)。

9.4.2 "没有空隙"的卷曲连接

卷曲连接的横断面的Optical evaluation有时被指定(specified)为一个与卷曲连接等效的monitor，其具有一个平常(common)的要求，那就是卷曲连接应该是没有间隙的，也就是说在导体之间或导体与端子之间都没有间隙。这种要求趋向于保证两种卷曲特性：气密性和足够的接触区域。事实上，卷曲连接的两项要求中任何一项都不需要满足没有间隙这一点。如果那些可能存在于卷曲区域的空隙不被互相连接，气密性就将存在。A full area contact，from the contact interface perspective， will be obtained at deformations far less than those required to create a voidless crimp.

9.4.3 焊接卷曲连接

为了提高可靠性，卷曲连接有时会采取焊接方式。事实上，焊接会降低已经properly的卷曲连接的性能。这种降低可以是焊接温度的影响，也可以是焊接熔液清理不当或者在导体上产生焊接芯带来的影响。
在焊接过程中不可避免地暴露于高温使得导线绝缘部分遭到破坏，同时也是因为铜导体和焊料间过量的金属间化合物的产生，这些化合物可以使连接变得脆弱。焊接芯使得在震动下具有高韧性、高稳定性的大量导体束成为液体。这降低了所述的操作性能。如果腐蚀fluxes是用于促进焊接的，那么它们必须被清理掉以防残余fluxes引起卷曲连接的腐蚀。因此，卷曲连接的焊接方式并不被推崇.

9.4.4卷边连接检验

卷边连接可用三种方法进行检验：
1. 目测
2. 卷边高度测量
3. 卷边连接推力
卷边连接目测标准如图9.3所示，在这里重复如图9.24所示，标准既针对电线也针对整个卷边连接。
电线标准包括电线的剥皮长度和剥皮的导线在卷边套的位置。之些要求趋向于确保剥皮导线全部穿过卷边套（超过卷边套）没有绝缘体在卷边套里（电线和绝缘体在卷边套和绝缘柄之间可见）。低效插入导线和在卷边套里夹杂绝缘体都会影响加工变形／动力学，也因此影响卷边性能。
开口需要能增加纵向保留残余力以及增加相同摩擦力下的卷边连接推力。
卷边高度测量可视为卷边加工的参照物，其基本原理是假设卷边系统不变，从而确定卷边连接达到的变形量。卷边高度测量过程如图9.17所示。当测量值直线上升，应对细节加以注意，因为卷边高度公差可能是0.01 in（0.254mm）那么小，对于卷边高度的选择，提倡用伸出卷边套的长度作为加工参照。类似的不同方法可以将卷边高度用于这道工序。
卷边连接的推力是对完整连接的另一种测量。然而，推力是一个破坏性测验，仅用作次要加工参照。图9.14所示包含一些推力需要以供参考。

9.5卷边连接和材料考虑总结

可重复、可靠的卷边连接取决于卷边系统﹕
1. 电线
2. 卷边终边
3. 卷边设备
卷边系统的重要性在于其能通过导线与卷边套间微冷接合部控制卷边过程中的变形以产生一个金属接触面，并产生一个适当的保持力以确保使用应力下冷接合部的完整性。
适当保持应力分配的产生取决于材料和设计，这是由于卷边套／导线系统的回弹取决于材料性能，如弹性系数和屈服极限，也取决于设计参数，如面积指数和卷边几何形状。

9.6断层连接（IDC）

第二种电线／线缆永久连接技术是断层连接（IDC），正如该名称所说的，与卷边连接相比，断层连接不用去掉导线的绝缘体，相反，当电线插入终端，绝缘体被端子梁切开。这一微小的区别满足低连接力的需要，使得IDC技术在连接器组装和在这领域的运用具有很大的优势。IDC技术主要用于线缆运用中，在这些运用中大量线缆终端预插入线缆连接器以提供高效经济的终端，比起卷边技术可降低接错，卷边电线需要分别放进设置好的连接装置，对接失误的可能性显然很大，避免电线操作、剥皮和插入座体使得IDC技术有经济价值，如9.25提供IDC线缆连接的范例。

9.7 IDC系统

IDC连接也可视为一个系统，该系统包含
1. 电线
2. 终端
3. 设备／连接器
类似于卷边连接，电线／终端连接通过控制变形去形成并维持完整的永久连接表面。插入设备和连接器也有一些设计特点以保护承受使用与握持应力的整个端子接触面。

9.7.1 IDC工艺

图9.266显示了IDC工艺的表面视图。在这个例子中，IDC狭缝具有两段不同宽度的狭缝组成。上段狭缝用于放置绝缘体而下段狭缝则产生电性端子接触面。电线插入IDC狭缝是带有完整的绝缘体的。当电线滑过上段狭缝，绝缘体被划破。因此，当导线在滑行到最后位置时，导线是贴着下段IDC狭缝的边缘滑入的。在此过程中，狭缝的滑道和导线间没有因滑动摩擦而损坏表面，在此将金属端子表面的设计与导线横截面变形--IDC工艺的两个阶段--分别进行讨论。
插入／绝缘断层过程。显然，绝缘体必须像导线移开以得到导线和终端间所设计的金属表面。绝缘体一移动，伴随着电线的插入，当电线沿着终端梁滑入过程中承受摩擦力和剪切力的合力，如图9.27所示.
摩擦力取决于电线与终端的特性。对于电线，重要影响因素包括绝缘体材料／厚度和导线横截面积。绝缘体材料重要特性包含硬度、摩擦系数，和其它能出现在导线与绝缘体间的热压焊。绝缘体的硬度影响绝缘体被割破的难易程度，而摩擦系数影响绝缘体滑入IDC，这些摩擦力可握紧绝缘体以开始切断工序。绝缘体断层的容易和可重复性随绝缘体材料和加工过程而变化。一种普遍的做法是用给定的绝缘体去选用IDC终端。如果使用其它种类的绝缘体，可用新绝缘体的样品去选用IDC终端。
从两个方面来说，绝缘体的厚度是重要的。第一，厚绝缘体由于它们的体积和相对柔度而更难以切断。第二，如果绝缘体没被切断，端子梁可能会发生超出设计经验的偏移以及可能在塑性变形点承受过大的应力。如果这种现象发生，导线上残余正应力可以被中和。对于导线，导线横截面之尺寸和稳定性很重要。导线的尺寸影响梁的变形特性，对于实心导线，导线横截面的尺寸和稳定性都是原有的，然而，对于绞线，导线横截面的稳定性必须被考虑。相关的本质如图9.28所示。导线束里每一根导线的相对运动将导致每股导线的重新排列，从而减小每一根导线的变形，这将影响接触面的形状。另外，导线束有效直径的减小导致梁位移的减小，这将减小最后的正应力和能影响连接的稳定性。电线横截面的稳定性取决于导线的股数和绞合方式，集中绞合和低绞合线数在IDC连接中具有最持久的尺寸性能。
相对于终端，有几个因素是重要的。入口坡道的角度、表面镀层和接触电线绝缘体的梁表面的硬度对摩擦力具有影响。摩擦力也取决于梁的作用力，而梁的作用力取决于梁的尺寸和原始勾槽。这两个因素在决定绝缘断层工艺的有效性中充当一个主要角色，但它们也因此导致更高的插入和设备作用力。在许多场合，在电线插入时，如果绝缘体很难割断，梁的最大应力可能出现。
在弃皮过程中插入工具的设计同样也是很重要的。其中两个因素尤其重要。第一是在插入过程中保持导线束的稳定性，第二是在线槽的终端部分确保被连接导线的最终位置。为了达到第一个目的，在插入过程中采用环绕式固定绝缘体的方法以有助于保持横截面的完整性。第二个目的实现是通过尺寸控制和在插入工具/连接器的组合体上的止动装置。
接线头的设计也是很重要的。比如在接线头斜面上的导引部，它可以具有可控的特性以V型槽设计夹住绝缘体，从而辅助弃皮过程。然而必须格外小心，以确保导线不受到损伤，否则会降低机械强度。
终线位置当导线到达它在接线头里的最终位置时，两个设计参数就变得很重要﹕在导线和接线头臂体两侧产生的接触面积，和用以保持接触面积完整性的残余正压力。图9.2用图例阐明了这些重要性。
接触面积A，影响着连接电阻的大小。根据弃皮连接接线头的设计(特别是，是否它有一个或两个接触槽)，可能会产生两个或是四个接触面积。如图9.29所指出的，接触面积取决于导线挤靠接线头臂体的变形程度，以及该臂体的厚度。
在导线上的合成残余力由臂体偏移以及接触臂体上的几何形状所决定。臂体偏移，反过来，是由导线在插入槽中时其自身的变形来决定的。
导线的预测与控制在弃皮连接技术中是主要的设计考虑之一。在弃皮连接技术中变形过程没有象卷曲式那样大，但是它们的基本作用原理是一样的。变形和擦滑动作产生了金属接触分界面。一旦建立起了接触面积，它的完整性就会由弃皮连接臂体变形所产生的残余正压力来保持。

为确保接触面积的完整性须施加足够的力，而过大的力会对导线变形有所影响，又一次，这两者之间的平衡必须得到保持。与可分离分界面的正压力相比，弃皮连接的正压力以千克而不是十克百克来衡量。由于这个原因，在论证中导线变形比在弃皮连接中施加足够的力更为重要。
图9.30引自于参考8，它图标出导线变形、臂体偏移及接触正压力之间的关系。导线的变形与接触臂体的变形分开来指示，其中在这个例子中导线被假定为是一股的。每一曲线中的实线相应代表臂体间隙或导线直径的公称值。点线代表围绕这些公称值的容许偏差。
导线变形，特别是捻搓成的导线在弃皮连接过程中是很复杂的。在图9.31里实心导线变形的曲率指示导线的塑性变形。图9.31显示了在一个弃皮连接槽中被连接的实心导线的横截面部分。在导线横截面上的变化，即导线的径向变形，是很清楚的。然而在横截面上看得不明显的是，除了径向变形导线在纵向上也已被挤压了。又一次，导线变形必须被控制，以防止导线强度被降低或是在多股搓合导线中的一股被过大的损伤。
对于一个给定的间隙，臂体的偏移，再加上臂体的几何形状就决定了正压力的大小。和可分离式分界面的方式一样，弃皮连接臂体的弹性率取决于臂体的几何形状，但如将要讨论到的，弃皮连接接触臂的几何形状总的说来比单个的悬臂梁要更复杂。臂体偏移的大小，进而接触正压力的大小是由内部间隙尺寸及公差和导线的尺寸及公差来控制的，接线头的设计正是为了配合该导线的尺寸及公差。弃皮连接臂体的弹性率要比可分离连接臂体高得多，这在很大程度上是与臂体的有效厚度有关。这导致了弃皮连接比可分离连接有更大的正压力，也就是几千克而不是几百克的力。这种较大的力导致较大的导线变形和较大的接触面的机械稳定性，正如永久式连接所要求的。

9.7.2 弃皮连接接头/连接器的设计

弃皮连接的过程可通过一些接头的设计来实现。低插入力被认为是弃皮连接技术的一个潜在优势，但这个“优势”有它不利的一面。低插入力意味着低拔出力。这需要为防止与槽口平行的导线低拔出力而提供一些保护。正如将要被讨论的，这些需要的满足着眼在接头或者绝缘体或者通过分开的绝缘壳。
接头的设计图9.32表现了在弃皮连接接头中的三种不同设计。单槽臂(图9.32)在带状线缆中有很大的应用。在多线连接中，单槽臂能很容易地穿透带状线缆导线间的绝缘部分。很多种双槽臂设计被采用，其中一个例子如图9.32b所示。许多种如图9.32c所示的槽盒设计同样提供双槽之功能。双槽口可以提供双多个电性接触，或者其中一个可以提供冒口。双电性接触因为两种原因对绞线的弃皮连接来说尤其有益。第一，同时在两点抓住电线可以固定电线束，减少对电线直线性的可能影响。第二，如图9.33所示，其中一个的槽口会与不同的导线股接触，增加接触面积，减小各股之间电导率的影响。
弃皮连接槽口的几何形状可以是单槽口，或者它在尺寸上有所改变，比如图9.32a所示的单槽臂。为了弃皮，槽口尺寸和接线头顶部的斜面角度都做到了最佳设计，其中较低槽的最佳设计用以确保合适的导线变形和残余力。
另一个槽口几何形状的选择是所谓的“零缝〞槽，从Key中改选的图9.34中可见其中的一个例子。零缝槽的几何形状可以连接小尺寸的电线，因为这里就没有线槽设计。臂韧性取决于与常规槽口设计类似方式的几何形状。
正如所提到的，单槽口臂体主要用于带状线缆中，因为臂体能够很轻易地在每个电线之间穿过。这些臂体同样优势，即它们具有没有成型要求的扁平冲压结构。单槽口臂体接头的韧性取决于臂体的几何形状，------特别是，组成槽口挡墙的臂体尺寸。这些臂体经常被近似成悬臂梁以便于模拟和接触力的诂计。在这种情况下，臂体弹性率可以由公式（9.1）来近似。
F/D=(E/4)t(w/l)3　　　（9.1）
其中　　F/D==力/变形的关系或弹性率
E==制造接线头材料的弹性系数
t，w和l==厚度，宽度，和接触臂的长度，如图9.35所示
l的尺寸是一个变量，因为它取决于电线在槽内的位置。
公式（9.1）显示接线头的弹性率由臂体部分宽度和长度来决定。这些几何形状的变量控制着臂体的韧性。臂体的韧性，反过来，对电线的变形有很大的影响。韧性的臂体提升导线的变形度，而坚硬的臂体可能产生切割销磨而不是变形。这种影响的程度取决于电线的尺寸，这里较小的电线对损伤更具敏感性。
双复臂(图9.32b)应用在离散的电线中，或是单线可以从线束中分离出来的线缆中。在这两种情况里，需要处理其它的电线。双槽臂体的韧性和偏移特性比扁平压制单臂体更复杂。偏移在两槽口的连接处分布，因此出现了一些扭力现象的影响。
带槽盒(图9.32c)同样有复杂的臂体变形，因为偏移是沿着盒的挡墙和底部分布的。在双槽臂体上，在典型的情况下，挡墙的厚度要比双臂体的厚度小，并且挡墙和底部扭力的韧性同样产生更高韧性的结构。
冒口的考虑. 前面说过，弃皮连接技术的低插入力使电线的稳定性易受到干扰或者在平行于槽口的低作用力下被拔出。因此弃皮连接器应该防止电线的拔出。冒口和电线的保护能从几个方面给予提供。

弃皮连接接头自身通过双槽口和常规的绝缘支持部能够提供这种保护，如图9.36中的例子所示。在这种双槽设计(图9.36a)其中的一个槽要是一种“绝缘夹”槽而不能是导电槽。如图9.36b所示的，也有可能在接触部上给绝缘夹提供一种常规包覆。
除了在第一章讨论过的对连接器绝缘壳体通常的要求，弃皮连接器的绝缘壳体经常包括冒口特征以保证在弃皮连接槽中固定电线。这种特征的一些例子如图9.37所示。图9.37a显示了成型在绝缘本体上的冒口，这个冒口的几何形状与连接槽的几何形状近似。图9.37b显示了由两个叉脚组成的冒口，叉脚弯曲而使电线插入连接槽，然后弹性回复以在所要的位置上固定电线。另一种设计也同样是为在连接器内保持电线的合适位置。
如图9.38所示，一些特殊的盖体也可以被用来保护电线的机械稳定性。在一些情况里，盖体有接线工具与绝缘盖两重作用。这个盖体可以被由接线头上的扣勾来紧固(图9.38a)或是通过在连接器本体上的外在锁扣机构(图9.38b)。
总之，电线必需加以保护以防止在槽内的机械搅动和移动。这种保护可以由接线头(双槽口和绝缘支持部)，绝缘壳体(槽或是固持叉)，或是保护盖体来提供。合适的机构随连接器设计与应用的不同而不同，但有一些保护机构得到大众的肯定。参考10和11讨论了其它弃皮连接性能。

9.7.3 IDC的其它考虑因素

本节将从几个方面论述固体和绞线的IDC连接的区别及其原因。其次是接触镀层在IDC技术中的作用。
固体和绞线　图9.28清楚地示出了固体和绞线的IDC技术的区别。固体导体的变形由于其几何形状不变而比较简单且REPEATABLE，绞线的变形则更易于变化，且其变化取决于束的数目，绞合方式，及IDC端子的设计和插置工具。
绞线束的数量的影响是显而易见的。对于一个给定的导线尺寸，绞线束的数目越多，其直径就越小，较小的束易于被破损、切断，并且在端子成形过程中易于相对另一束而移动。这两个因素对于IDC性能的主要影响都是减小了残余正压力，而该正压力可以维持接触面的完整性。如图9.28所示，导体束的相对移动，减小了梁的倾斜。切断绞线具有相同的效果。依作者之见，这些因素对接触区域的影响不如对正压力大，因此也就不如对连接的机械完整性的影响大。
可以通过导线的结构及插置工具的设计减小产生于大量导体(MULTICONDUTOR)中的相对移动或CORD WOOD影响。导线结构的影响主要归因于绞合方式尤其是绞线束的层(LAY)。TIGHTER LAY IMPROVES DIMENSIONAL RIGIDITY。
如图9.33所示，DUAL-BEAM的设计通过提供更多的接触面接触更多导体也提高了绞线IDC连接的性能。
固体导体的要求相对于IDC端子则低得多。但是必须注意绞线的潜在问题(相对移动和极易破损)可以导致绞线和固体导体产生可接受的性能。
图9.39的数据辅证了这一点。这些数据表明绞线连接相对于线连接显示了稍高的意义且有背离，不过二者的性能都是可靠的。作为最大的单体应用，线缆IDC连接一般用于束状导体。
端子和导体的界面镀层. 在较大的作用力下，当导体滑入IDC槽中最终位置时，导体的变形和磨损导致膜破损，由经验知，在特殊导体镀层中，界面镀层可以提高IDC连接的耐久性(REPEATABILITY)和性能。

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点击次数: 更新时间:2010-09-26 【打印此页】【关闭】

第九章 电线和线缆的机械永久连接

9.1 卷曲连接技术

9.1.1 导线

9.1.2卷曲终端

9.1.3卷边工具

9.1.4卷边系统总结

9.2卷边过程的一般机械装置

9.2.1在卷边过程中卷边连接的特性及变形

9.2.2 卷曲式连接的机械性能

9.2.3 卷曲式连接的电气性能

9.2.4卷曲变形和卷曲高度

9.2.5变形的总结

9.3卷曲连接变形，冷焊及残余应力

9.3.1卷曲过程中的变形机理

9.3.2冷焊

9.3.3残余应力

9.3.4 卷曲变形和卷曲连接性能的总结

9.4 卷曲连接的其它考虑因素

9.4.1 卷曲桶的锯齿状凸起

9.4.2 "没有空隙"的卷曲连接

9.4.3 焊接卷曲连接

9.4.4卷边连接检验

9.5卷边连接和材料考虑总结

9.6断层连接（IDC）

9.7 IDC系统

9.7.1 IDC工艺

9.7.2 弃皮连接接头/连接器的设计

9.7.3 IDC的其它考虑因素

第九章　电线和线缆的机械永久连接