IDC壓接方式理論說明

深蓝浅蓝 · 发表于 2012-12-15 15:49

1.1斷層連接（IDC）
第二種電線／線纜永世連接技術是斷層連接（IDC），正如該名稱所說的，與卷邊連接相比，斷層連接不用去掉導線的絕緣體，相反，當電線插入終端，絕緣體被端子梁切開。這一微小的區別滿足低連接力的需求，使得IDC技術在連接器組裝和在這領域的運用具有很大的優勢。IDC技術主要用於線纜運用中，在這些運用中大量線纜終端預插入線纜連接器以提供高效經濟的終端，比起卷邊技術可降低接錯，卷邊電線需求分別放進設置好的連接裝置，對接失誤的可能性顯然很大，防止電線操作、剝皮和插入座體使得IDC技術有經濟價值，如9.25提供IDC線纜連接的範例。

1.2 IDC系統
IDC連接也可視為一個系統，該系統包含
　* 電線
　* 終端
　* 設備／連接器
類似於卷邊連接，電線／終端連接通過控製變形去构成並維持完好的永世連接外表。插入設備和連接器也有一些設計特點以保護承受运用與握持應力的整個端子接觸面。

1.2.1 IDC工藝
圖9.266顯示了IDC工藝的外表視圖。在這個例子中，IDC狹縫具有兩段不同寬度的狹縫組成。上段狹縫用於放置絕緣體而下段狹縫則產生電性端子接觸面。電線插入IDC狹縫是帶有完好的絕緣體的。當電線滑過上段狹縫，絕緣體被劃破。因此，當導線在滑行到最後位置時，導線是貼著下段IDC狹縫的邊緣滑入的。在此過程中，狹縫的滑道和導線間沒有因滑動摩擦而損壞外表，在此將金屬端子外表的設計與導線橫截面變形--IDC工藝的兩個階段--分別進行討論。
插入／絕緣斷層過程。顯然，絕緣體必須像導線移開以得到導線和終端間所設計的金屬外表。絕緣體一移動，伴隨著電線的插入，當電線沿著終端梁滑入過程中承受摩擦力和剪切力的合力，如圖9.27所示.
摩擦力取決於電線與終端的特性。對於電線，重要影響要素包括絕緣體材料／厚度和導線橫截面積。絕緣體材料重要特性包含硬度、摩擦系數，和其它能出現在導線與絕緣體間的熱壓焊。絕緣體的硬度影響絕緣體被割破的難易程度，而摩擦系數影響絕緣體滑入IDC，這些摩擦力可握緊絕緣體以開始切斷工序。絕緣體斷層的容易和可重複性隨絕緣體材料和加工過程而變化。一種普遍的做法是用給定的絕緣體去選用IDC終端。假设运用其他種類的絕緣體，可用新絕緣體的樣品去選用IDC終端。
從兩個方面來說，絕緣體的厚度是重要的。第一，厚絕緣體由於它們的體積和相對柔度而更難以切斷。第二，假设絕緣體沒被切斷，端子梁可能會發生超出設計經驗的偏移以及可能在塑性變形點承受過大的應力。假设這種現象發生，導線上殘余正應力可以被中和。對於導線，導線橫截面之尺寸和穩定性很重要。導線的尺寸影響梁的變形特性，對於實心導線，導線橫截面的尺寸和穩定性都是原有的，但是，對於絞線，導線橫截面的穩定性必須被考慮。相關的本質如圖9.28所示。導線束裡每一根導線的相對運動將導致每股導線的重新排列，從而減小每一根導線的變形，這將影響接觸面的形狀。另外，導線束有效直徑的減小導致梁位移的減小，這將減小最後的正應力和能影響連接的穩定性。電線橫截面的穩定性取決於導線的股數和絞合方式，集中絞合和低絞合線數在IDC連接中具有最耐久的尺寸性能。
相對於終端，有幾個要素是重要的。入口坡道的角度、外表鍍層和接觸電線絕緣體的梁外表的硬度對摩擦力具有影響。摩擦力也取決於梁的作用力，而梁的作用力取決於梁的尺寸和原始勾槽。這兩個要素在決定絕緣斷層工藝的有效性中充當一個主要角色，但它們也因此導致更高的插入和設備作用力。在許多場合，在電線插入時，假设絕緣體很難割斷，梁的最大應力可能出現。
在棄皮過程中插入工具的設計同樣也是很重要的。其中兩個要素特别重要。第一是在插入過程中坚持導線束的穩定性，第二是在線槽的終端局部確保被連接導線的最終位置。為了達到第一個目的，在插入過程中采用環繞式固定絕緣體的方法以有助於坚持橫截面的完好性。第二個目的實現是通過尺寸控製和在插入工具/連接器的組合體上的止動裝置。
接線頭的設計也是很重要的。比方在接線頭斜面上的導引部，它可以具有可控的特性以V型槽設計夾住絕緣體，從而輔助棄皮過程。但是必須格外当心，以確保導線不遭到損傷，否則會降低機械強度。
終線位置當導線到達它在接線頭裡的最終位置時，兩個設計參數就變得很重要﹕在導線和接線頭臂體兩側產生的接觸面積，和用以坚持接觸面積完好性的殘余正壓力。圖9.2用圖例闡明了這些重要性。
接觸面積A，影響著連接電阻的大小。根據棄皮連接接線頭的設計(特別是，能否它有一個或兩個接觸槽)，可能會產生兩個或是四個接觸面積。如圖9.29所指出的，接觸面積取決於導線擠靠接線頭臂體的變形程度，以及該臂體的厚度。
在導線上的合成殘余力由臂體偏移以及接觸臂體上的幾何形狀所決定。臂體偏移，反過來，是由導線在插入槽中時其本身的變形來決定的。
導線的預測與控製在棄皮連接技術中是主要的設計考量之一。在棄皮連接技術中變形過程沒有象卷曲式那樣大，但是它們的根本作用原理是一樣的。變形和擦滑動作產生了金屬接觸分界面。一旦树立起了接觸面積，它的完好性就會由棄皮連接臂體變形所產生的殘余正壓力來坚持。
為確保接觸面積的完好性須施加足夠的力，而過大的力會對導線變形有所影響，又一次，這兩者之間的平衡必須得到坚持。與可分離分界面的正壓力相比，棄皮連接的正壓力以千克而不是十克百克來权衡。由於這個缘由，在論證中導線變形比在棄皮連接中施加足夠的力更為重要。
圖9.30引自於參考8，它圖示出導線變形、臂體偏移及接觸正壓力之間的關系。導線的變形與接觸臂體的變形分開來指示，其中在這個例子中導線被假定為是一股的。每一曲線中的實線相應代表臂體間隙或導線直徑的公稱值。點線代表圍繞這些公稱值的容許偏向。
導線變形，特別是捻搓成的導線在棄皮連接過程中是很複雜的。在圖9.31裡實心導線變形的曲率指示導線的塑性變形。圖9.31顯示了在一個棄皮連接槽中被連接的實心導線的橫截面局部。在導線橫截面上的變化，即導線的徑向變形，是很清楚的。但是在橫截面上看得不明顯的是，除了徑向變形導線在縱向上也已被擠壓了。又一次，導線變形必須被控製，以防止導線強度被降低或是在多股搓合導線中的一股被過大的損傷。
對於一個給定的間隙，臂體的偏移，再加上臂體的幾何形狀就決定了正壓力的大小。和可分離式分界面的方式一樣，棄皮連接臂體的彈性率取決於臂體的幾何形狀，但如將要討論到的，棄皮連接接觸臂的幾何形狀總的說來比單個的懸臂梁要更複雜。臂體偏移的大小，進而接觸正壓力的大小是由內部間隙尺寸及公差和導線的尺寸及公差來控製的，接線頭的設計正是為了配合該導線的尺寸及公差。棄皮連接臂體的彈性率要比可分離連接臂體高得多，這在很大程度上是與臂體的有效厚度有關。這導致了棄皮連接比可分離連接有更大的正壓力，也就是幾千克而不是幾百克的力。這種較大的力導致較大的導線變形和較大的接觸面的機械穩定性，正如永世式連接所请求的。

1.2.2 棄皮連接接頭/連接器的設計
棄皮連接的過程可通過一些接頭的設計來實現。低插入力被認為是棄皮連接技術的一個潛在優勢，但這個“優勢”有它不利的一面。低插入力意味著低拔出力。這需求為防止與槽口平行的導線低拔出力而提供一些保護。正如將要被討論的，這些需求的滿足著眼在接頭或者絕緣體或者通過分開的絕緣殼。
接頭的設計圖9.32表現了在棄皮連接接頭中的三種不同設計。單槽臂(圖9.32)在帶狀線纜中有很大的應用。在多線連接中，單槽臂能很容易地穿透帶狀線纜導線間的絕緣局部。很多種雙槽臂設計被采用，其中一個例子如圖9.32b所示。許多種如圖9.32c所示的槽盒設計同樣提供雙槽之功用。雙槽口可以提供雙多個電性接觸，或者其中一個可以提供冒口。雙電性接觸因為兩種缘由對絞線的棄皮連接來說特别有益。第一，同時在兩點抓住電線可以固定電線束，減少對電線直線性的可能影響。第二，如圖9.33所示，其中一個的槽口會與不同的導線股接觸，增加接觸面積，減小各股之間電導率的影響。
棄皮連接槽口的幾何形狀可以是單槽口，或者它在尺寸上有所改變，比方圖9.32a所示的單槽臂。為了棄皮，槽口尺寸和接線頭頂部的斜面角度都做到了最佳設計，其中較低槽的最佳設計用以確保合適的導線變形和殘余力。
另一個槽口幾何形狀的選擇是所謂的“零縫〞槽，從Key中改選的圖9.34中可見其中的一個例子。零縫槽的幾何形狀可以連接小尺寸的電線，因為這裡就沒有線槽設計。臂韌性取決於與常規槽口設計類似方式的幾何形狀。
正如所提到的，單槽口臂體主要用於帶狀線纜中，因為臂體能夠很輕易地在每個電線之間穿過。這些臂體同樣優勢，即它們具有沒有成型请求的扁平沖壓結構。單槽口臂體接頭的韌性取決於臂體的幾何形狀，------特別是，組成槽口擋牆的臂體尺寸。這些臂體經常被近似成懸臂梁以便於模擬和接觸力的詁計。在這種情況下，臂體彈性率可以由公式（9.1）來近似。
　　　F/D=(E/4)t(w/l)3　　　　　　　　　　　　　　　（9.1）
　　其中　　F/D==力/變形的關系或彈性率
  　　　　E==製造接線頭材料的彈性系數
         t，w和l==厚度，寬度，和接觸臂的長度，如圖9.35所示
      l的尺寸是一個變量，因為它取決於電線在槽內的位置。
公式（9.1）顯示接線頭的彈性率由臂體局部寬度和長度來決定。這些幾何形狀的變量控製著臂體的韌性。臂體的韌性，反過來，對電線的變形有很大的影響。韌性的臂體提升導線的變形度，而堅硬的臂體可能產生切割銷磨而不是變形。這種影響的程度取決於電線的尺寸，這裡較小的電線對損傷更具敏理性。
雙複臂(圖9.32b)應用在離散的電線中，或是單線可以從線束中分離出來的線纜中。在這兩種情況裡，需求處理其它的電線。雙槽臂體的韌性和偏移特性比扁平壓製單臂體更複雜。偏移在兩槽口的連接處分布，因此出現了一些扭力現象的影響。
帶槽盒(圖9.32c)同樣有複雜的臂體變形，因為偏移是沿著盒的擋牆和底局部布的。在雙槽臂體上，在典型的情況下，擋牆的厚度要比雙臂體的厚度小，並且擋牆和底部扭力的韌性同樣產生更高韌性的結構。
冒口的考量. 前面說過，棄皮連接技術的低插入力使電線的穩定性易遭到干擾或者在平行於槽口的低作用力下被拔出。因此棄皮連接器應該防止電線的拔出。冒口和電線的保護能從幾個方面給予提供。
棄皮連接接頭本身通過雙槽口和常規的絕緣支持部能夠提供這種保護，如圖9.36中的例子所示。在這種雙槽設計(圖9.36a)其中的一個槽要是一種“絕緣夾”槽而不能是導電槽。如圖9.36b所示的，也有可能在接觸部上給絕緣夾提供一種常規包覆。
除了在第一章討論過的對連接器絕緣殼體通常的请求，棄皮連接器的絕緣殼體經常包括冒口特徵以保證在棄皮連接槽中固定電線。這種特徵的一些例子如圖9.37所示。圖9.37a顯示了成型在絕緣本體上的冒口，這個冒口的幾何形狀與連接槽的幾何形狀近似。圖9.37b顯示了由兩個叉腳組成的冒口，叉腳彎曲而使電線插入連接槽，然後彈性回覆以在所要的位置上固定電線。另一種設計也同樣是為在連接器內坚持電線的合適位置。
如圖9.38所示，一些特殊的蓋體也可以被用來保護電線的機械穩定性。在一些情況裡，蓋體有接線工具與絕緣蓋兩重作用。這個蓋體可以被由接線頭上的扣勾來緊固(圖9.38a)或是通過在連接器本體上的外在鎖扣機構(圖9.38b)。
總之，電線必需加以保護以防止在槽內的機械攪動和移動。這種保護可以由接線頭(雙槽口//和絕緣支持部)，絕緣殼體(槽或是固持叉)，或是保護蓋體來提供。合適的機構隨連接器設計與應用的不同而不同，但有一些保護機構得到大眾的肯定。參考10和11討論了其它棄皮連接性能。

1.2.3 IDC的其他考慮要素
本節將從幾個方面論述固體和絞線的IDC連接的區別及其缘由。其次是接觸鍍層在IDC技術中的作用。
固體和絞線　圖9.28清楚地示出了固體和絞線的IDC技術的區別。固體導體的變形由於其幾何形狀不變而比較簡單且REPEATABLE，絞線的變形則更易於變化，且其變化取決於束的數目，絞合方式，及IDC端子的設計和插置工具。
絞線束的數量的影響是顯而易見的。對於一個給定的導線尺寸，絞線束的數目越多，其直徑就越小，較小的束易於被破損、切斷，並且在端子成形過程中易於相對另一束而移動。這兩個要素對於IDC性能的主要影響都是減小了殘余正壓力，而該正壓力可以維持接觸面的完好性。如圖9.28所示，導體束的相對移動，減小了梁的傾斜。切斷絞線具有相同的效果。依作者之見，這些要素對接觸區域的影響不如對正壓力大，因此也就不如對連接的機械完好性的影響大。
可以通過導線的結構及插置工具的設計減小產生於大量導體(MULTICONDUTOR)中的相對移動或CORD WOOD影響。導線結構的影響主要歸因於絞合方式特别是絞線束的層(LAY)。TIGHTER LAY IMPROVES DIMENSIONAL RIGIDITY。
如圖9.33所示，DUAL-BEAM的設計通過提供更多的接觸面接觸更多導體也进步了絞線IDC連接的性能。
固體導體的请求相對於IDC端子則低得多。但是必須留意絞線的潛在問題(相對移動和極易破損)可以導致絞線和固體導體產生可承受的性能。
圖9.39的數據輔證了這一點。這些數據标明絞線連接相對於線連接顯示了稍高的意義且有背離，不過二者的性能都是可靠的。作為最大的單體應用，線纜IDC連接普通用於束狀導體。
端子和導體的界面鍍層. 在較大的作用力下，當導體滑入IDC槽中最終位置時，導體的變形和磨損導致膜破損，由經驗知，在特殊導體鍍層中，界面鍍層可以进步IDC連接的耐久性(REPEATABILITY)和性能。

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