浅析线束制造工艺

陈世杰

摘 要 线束是机电一体化系统中电气线路的构成主体，但现实应用中常常被机电设计人员所忽视。作为机电系统的一个重要安全部件，线束制作工艺要求很高，微小的加工疏忽也可能造成严重失效后果。本文主要围绕线束制造工艺中产生的问题展开说明，并对一些常见问题进行分析，为以后同领域研究人员提供一些借鉴。

关键词 线束制造；工艺设计；制造流程

通常而言，线束制造需要遵循以下工艺流程：来料检测—材料出库—开线—前预装—压接—预装—总装—导通检测—全检—包装—入库等。其中开线、压接、预装、总装是线束制造中最具特色，也是最为重要的工艺步骤。

1 开线工艺

线束制造的第一个步骤是开线。开线是指按照线束加工工艺的要求，将电线和保护管剪裁合适尺寸，并对电线进行剥皮、绞线和捆扎处理。开线工艺的准确直接关系到整个生产进度，一旦出现工序批次不良，特别是开线尺寸偏短，会导致所有工位返工，直接影响后工序生产。因此在编制开线工艺说明书时，一定要根据产品图纸的要求，合理地设定导线的开线尺寸、剥皮尺寸、剥皮方式和捆扎方式等关键要求。

1.1 开线尺寸

开线长度过长会导致该回路装配完成后产生余富，进而导致整体线束直径偏大影响系统的可装配性；同时会导致线体弯曲产生应力，影响线束的耐久性。开线长度太短会导致该回路装配时够不到安装距离导致回路报废，或者勉强够到距离但是导线紧绷，整个功能接口的应力集中于该回路，设备运作过程将产生回路脱落的故障。要避免开线尺寸过长或过短的问题，一方面需要在产品开发阶段试做、验证获得最佳的回路长度参数，另一方面需要在每个批次的生产过程中做好设备调整和参数设置。因为电线在装配和布线的过程中会因为连接器的大小、布线弯折点的曲率变化、走线的内外径不同而产生偏差，所以产品设计阶段确定的开线长度不能是仅仅依据图面作业做出的推算值，而应该是严格进行样件试做、验证开线偏差量并固化于图纸上的实测值。批次生产过程会遭受电线材料变差、电压波动、压缩空气压力波动、开线机送线系统跳动、矫直系统跳动、压紧轮的压力变化、压紧轮磨损变差、进刀量和退刀量跳动等噪声因素影响，所以设备加工参数需要在每个批次的开工生产时做出微调，并对首件进行检查确认，核实实际的开线长度符合图纸要求后才能进行批量生产。批次设备加工参数设置的核心是压紧轮设置。首先应根据不同的导线绝缘材质选择适配的压紧轮，其次应定期检查压紧轮的磨损状况，再次应在每个批次开工前清理压紧轮污渍才能穿线，最后应控制压紧轮的松紧度：压紧轮压力大—导线压力/阻力增加—导线绝缘损失超标/实际开线尺寸比预设尺寸短；反之，压紧轮太过于松懈—导线阻力不稳—实际开线尺寸跳动大。

1.2 剥外皮

剥外皮的质量关键是股线损伤特性和绝缘皮损伤特性。股线损伤特性的质量目标是导线的导体切断面垂直于导线纵轴线、所有股线的长度一致、导线没有刮伤/刻痕/断开/压扁或其他损伤；绝缘皮损伤特性的质量目标是加工后的绝缘皮切口整洁，没有任何刺穿、拉伸、磨损、变色、烧焦或烧伤。开线工艺需要重点关注以下七点：第一，导线校直系统的压力调节能大体校直导线同时保证送线顺畅；第二，导线导管应选择导管内径略大于导线绝缘外径，确保送线顺畅且导线出导管后弯曲偏移单侧不超出刀口宽度的六分之一；第三，导线导管应调整对准刀口合模中心点；第四，刀口应保持锋利；第五，进刀量应调节切入四分之三的绝缘厚度；第六，退刀量应调节保留四分之一的绝缘厚度；第七，特殊的硬质绝缘应采用椭圆形刀口替代V型刀口。

一般来说，开线数量会按照十的进制作为衡量单位，并采用扎带或橡皮筋捆扎。同一批次放入同一个周转箱或周转车内。这样的做法目的是为了保持线的统一，不会出现混乱，减少取线时间，提高工作效率[1]。

2 压接工艺

压接工艺是指通过外力使电线与端子接触面强力结合，从而达到电气导通和牢固连接的目的，是当前最快、最可靠和牢固的端接方式之一。端子压接的高度、剖面状态及拉拔力是压接质量的最核心要求。基本的压接工艺要求导线、适配于导线的连接器、适配于连接器的模具三种元素，可靠的压接要求所有元素适配。

2.1 导线

导线可以分为两种：实心线和绞合线。实心线：通常是对一金属进行拉丝。绞合线：一组或几组实心线的组合，在绞合线中，导体经常编织或缠绕在一起，绞距是导线绕导体轴一整圈要求的长度，这就是所说的绞层。同样线号的绞合导体比实心导体的柔韧性更大，绞合导体可以经受住多次的弯折而不至于断裂，能更好地承受震动，尽管对绞合导体镀镍不是很理想，但是相对于实心导体来说，已经是很好了。压接工艺必须采用绞合线，推荐采用7芯或19芯结构的“同心绞合线”。

图1是一个7根线的绞合导体。值得说明的是直径相同的7根线中，6根线围绕着一根线作为中心轴，这是一種结合最紧密的形式，最终，绞合导体的外周就会形成一正六边形，换句话说，尽管七股线的组合并不是圆形，从几何的角度来说，几根圆柱体成60度的组合是结合最紧密的方式，如（图1b）。另一个紧密结合是在图形外面增加另一排导线（同样是六边形）这就是为什么7股和19股是最常用的实心导体的组合。

当一个圆和另一个圆相切时，不可避免地会出现缝隙，如图1c中出现的有两种缝隙，一种是内部缝隙，另一种是外部缝隙如图1d，值得说明的是在压接前有6个内部缝隙和6个外部缝隙，19根实心导体组成的绞合导体有24个内部缝隙和12个外部缝隙，优良的压接应大大减少缝隙的数量和大小。

在图1e中，在压接过程中，压力会使圆柱形的导线变为不规则的多边形，最终的形状为蜂窝状。这种形状的变化对于电气性能的提高是很重要的。在这种压力下，也会产生“冷焊接”，在压接的过程中，缝隙的减少并不会对产品的寿命产生影响，在图7中清楚地表明了压接表面的不规则形状，我们可以从显微镜成像中得到类似的图片。

2.2 端子

在线束行业中有多种不同形状的端子，也有使端子形成不同形状的多种压接方式，开口筒端子压接形成“B”形状的压接（有时被称为F形状）是最常见的压接方式。

图2中所示，在压接过程中，端子包脚从压接前变为压接后的形状。

如图1和2所示，最终的压接形状看起来像倒放的字母B，因此这种压接方式称为B方式，对于开口筒的端子来说，这是最常见的压接方式。

当指定压接高度和宽度时，压接端子的形状就形成了，我们可以考虑用长方形来表示，如图3所示，压接的高度（CH），压接宽度（CW）。值得说明的是在B类型压接中，当获得最大的压接高度时，并不能获得最大的压接宽度。B类型的压接底部不是平的，而是成一弧度，必须从压接高度中减去弯曲高度才能达到压接宽度最大值的位置[2]。

压接高度于宽度的关系是获得理想性能条件的重要因素之一，被称为压接比率（CR）

CR = 压接高度 / 压接宽度

需要注意的是当压接高度减少时，包脚易弯折（依赖于包脚的长度）。

了解了①压接比率，②包脚的截面积③导体的截面积，就可以计算出所压接材料的压缩，正如我们前面所说的，芯线由圆形经过压接变为不规则的多边形，这被称为“压接压缩百分比（CCP）”。

CCP=最终压接形状的面积/压接前包脚和线截面积之和。

典型的B导体压接应满足

（1）压接比率CR为55%-70%

（2）压接压缩百分比CCP为75%-90%

如果包脚和线号不适配，在多数情况下，即使在这个范围内也很难找到可以接受的压接。

2.3 压接模具

大部分进口连接器制造商在销售连接器的同时会配套销售压接模具，但是这种模具存在售价极高、不能同时满足多家主机厂标准等问题；而国产连接器制造商一般不配套销售压接模具。绝大多数线束厂采用自主设计开发压接模具的方式来规避以上问题。压接模具设计水平的高低成为线束厂技术能力的关键评价指标。压接模具的设计需要根据端子的几何形状、配接的导线的几何结构，进行复杂的几何运算，在此不展开说明。

3 预装工艺

预装工序是将开线工序或压接工序后的半成品，与护套、管类和橡胶件等零部件装配成进一步半成品的过程。对于相对复杂的线束设置预装工序，是为了减少总装流水线相应工位的作业负荷和先对困难工位的预装工作量，从而实现总装线瓶颈消除，改善总装流水线平衡水平，提升总装线整体效率。预装工序安排的合理与否，直接体现了线束加工工艺水平的高低。一般来说，预装工序除了需要按照预装工艺操作说明书进行作业外，还需要工艺人员根据生产现场的反馈信息进行持续不断的改善，并对修正内容进行总结，从而实现线束加工企业的技术积累[3]。

4 总装工艺

总装工艺是将开线或压接后的半成品、预装后的半成品同其他材料，在工装板上组合成线束成品的过程。基于总装工序的工艺特点，标识清晰全面的图纸、定位准确的工装板可以有效减少总装过程中的人为失误。合理规划工作区域的物料放置和标识，合理设定各工位的工作内容和要求，及时调整平衡各工位工作量，有助于总装流水线整体效率的提高。

5 结束语

可靠的线束系统并不容易获得，必须对线束系统设计、加工的各个环节进行全方位的把控。规范的线束产品设计、验证和确认，严谨的线束制造過程开发、验证和确认，严格的变更管控是获得线束系统可靠性的基础。而线束制造过程中的开线、压接、预装、总装等关键工艺要求的标准化和分层审核系统则保证了线束一致地维持在高可靠性区间，避免线束在使用中产生危害性。

参考文献

[1] 刘振超，谷孝卫，周锋，等.浅析汽车线束布置设计及原则[J]. 汽车电器，2016，（02）：12-13.

[2] 刘振超，王龙波，宗喜旺，等.浅析汽车线束设计的原则[J]. 汽车电器，2015，（02）：19-22.

[3] 谷孝卫，赵旺增，蒋小娜.从汽车整车电气原理到2D线束的转化设计[J]. 汽车电器，2008，（05）：6-14.