Crimpprozess für Hochspannungskabelbäume in der Automobilindustrie

1. Verbindungsmethode des Automobil-Hochspannungskabelbaums

Im Allgemeinen gibt es drei Hauptmethoden zum Verbinden von Kabelbäumen und Steckeranschlüssen von Kraftfahrzeugen: Schweißen, Crimpen und mechanische Verbindung, wie in Abbildung 1 gezeigt. Das Schweißverfahren verwendet hauptsächlich eine Zinnlötverbindung, die für den Anschluss und die Montage von Kraftfahrzeugkabeln geeignet ist Kabelbäume mit kleinen Chargen und kleinem Kabelquerschnitt; Es hat eine lange Lebensdauer und ist für die Massenverarbeitung geeignet, erfordert jedoch die Verwendung von Crimpeinsätzen, um eine Verbindung und Montage zu erreichen; Das mechanische Verbindungsverfahren verwendet hauptsächlich Befestigungselemente, um den Verbinderanschluss und das Kabel fest zu kombinieren und zu befestigen, und die Montage ist relativ kompliziert und nicht für die Massenproduktion geeignet.

Gegenwärtig werden ausländische Kabelbaumkabel und Steckeranschlüsse im Allgemeinen durch Crimpen verbunden, und die Verbindungstechnologie ist sehr stabil und zuverlässig. Die Produktion von Automobilkabelbäumen in meinem Land befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase, insbesondere die zuverlässige Verbindungstechnologie von Automobilkabelbäumen ist noch nicht vollständig beherrscht. Gemäß der langjährigen Erfahrung in der Verbindung und Montage von Automobilkabelbäumen ist die Crimpmethode unter den drei Verbindungsmethoden Schweißen, Crimpen und mechanischer Verbindung am besten geeignet, und die Verbindung ist schnell, zuverlässig, fest und hat ein langes Leben. Es ist für die Massenverarbeitung geeignet. Die Forschung zur Crimptechnologie ist die wichtigste für die zuverlässige Verbindung von Automobil-Hochvoltkabelbaumkabeln und Steckerklemmen.

2 Der Crimpprozess von Automobil-Hochspannungskabelbäumen

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Der vom Automotive-Hochvoltkabelbaum übertragene Nennstrom ist groß, bis zu mehreren hundert Ampere, so dass auch der Durchmesser des gewählten Kabels relativ groß ist, was höhere Anforderungen an die Crimpqualität des Kabels und des Steckerterminals stellt. Um sicherzustellen, dass das Kabel und der Steckeranschluss nach dem Crimpen und Festziehen eine hohe Qualität aufweisen und um sicherzustellen, dass die elektrischen Eigenschaften (z. B. Nennstrom) und mechanischen Eigenschaften (z. B. Abreißkraft) der Fahrzeughochspannung entsprechen Kabelbaum nach dem Crimpen erfüllt die Anforderungen, das Folgende ist der Crimpvorgang. Die Hauptfaktoren, die die Crimpqualität von Kabel- und Steckeranschlüssen beeinflussen (einschließlich Anschlussaufbau, Crimpmethode, Crimphöhe und Crimplänge), werden analysiert.

2.1 Anschlussstruktur und Crimpmethode

Die derzeit häufig verwendete Steckeranschlussstruktur von Hochspannungskabelbäumen für Kraftfahrzeuge ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Anschlussstruktur kann in Kontaktabschnitt, Mittelabschnitt und Crimpabschnitt unterteilt werden. Der Kontaktabschnitt dient dazu, die Verbindung des Steckverbinders, die Übertragung elektrischer Energie und Signale zu gewährleisten; der Mittelabschnitt ist der Aufnahmebereich zwischen Kontaktabschnitt und Crimpabschnitt, der dafür sorgt, dass der Kontaktabschnitt und sich selbst beim Crimpvorgang nicht verformt werden und gleichzeitig bei der Positionierung eine Rolle spielen. Sobald die Verformung während des Crimpvorgangs auftritt, wird sie die Leistung des Fahrzeugkabelbaums ernsthaft beeinträchtigen; Der Crimpabschnitt wird verwendet, um die Kontaktfläche des Verbinderanschlusses und das Kabel unter äußerer Kraft zu verbinden, und seine Qualität beeinflusst direkt die elektrische Leitfähigkeit, Abziehkraft usw. des Automobilkabelbaums. Erscheinungsform.

The traditional closed-tube terminal and the cable are crimped by one-time crimping. The force during crimping is shown in Figure 3. The entire model can be simplified into a simply supported beam. Although the pressure F on the entire terminal crimping section remains basically unchanged, the moment M (=FL) is also different due to the difference in the length L of the force arm (with the step surface as the fulcrum) (L1>L2>L3) (M1>M2>M3). Nach der Kräftetheorie einfach gelagerter Balken ist das Biegemoment am Crimpabschnitt L/2 am größten, was zu unterschiedlichen Crimphöhen (d. h. der Querschnittshöhe des gecrimpten Teils der Anschlussklemme und der Anschlussklemme danach) führt das Kabel wird gecrimpt), wodurch die Crimphöhe unterschiedlich ist. Die wirkliche Kontaktfläche nach der Verbindung ist nur ein sehr kleiner Teil, der nur einer Linienberührung entspricht. Dies beeinträchtigt ernsthaft die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Hochspannungskabelbäumen für Kraftfahrzeuge mit großer Kabelquerschnittsfläche, hohen Zugleistungsanforderungen und langer Crimplänge (dh der Kontaktlänge zwischen dem Verbinderanschluss und dem Kabel nach dem Crimpen).

Um die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des automobilen Hochvoltkabelbaums nach dem Crimpen zu gewährleisten und die zu kleine Kontaktfläche aufgrund der unterschiedlichen Crimphöhen im einmaligen Crimpformprozess nach dem optimierten Design zu vermeiden, die Kfz-Hochspannungskabelbaum-Steckverbinderklemmen verwenden segmentierte Klemmen. Der segmentierte Anschluss und das Kabel werden durch das segmentierte Crimpverfahren gecrimpt. Dieses Crimpverfahren kann die ursprüngliche Crimplänge reduzieren und Konstruktionsraum einsparen, indem die beiden Abschnitte nacheinander gecrimpt werden. Abzugskraft und Leitfähigkeitsanforderungen.

Die Finite-Elemente-Methode wird verwendet, um die Verschiebung des herkömmlichen Anschluss-Crimpabschnitts mit geschlossener Hülse und des optimal gestalteten segmentierten Anschluss-Crimpabschnitts zu simulieren und zu analysieren, wenn die gleiche Kraft auf den Crimpabschnitt ausgeübt wird. Die Ergebnisse der Simulationsanalyse sind in Abbildung 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass nach dem Crimpen durch die gleiche äußere Kraft der Crimpabschnitt des traditionellen geschlossenen Zylinderanschlusses bogenförmig ist und die Verschiebung bei 1/2 des proximalen Endes am größten ist Endfläche, die die Crimpkontaktfläche zwischen dem Kabel und dem Kontaktanschluss ist; Der Crimpabschnitt des Klemmentyps hat die Form einer Trommel, und es gibt zwei Stellen mit der größten Verschiebung. Die Verformung an der mittleren Stufe der beiden Crimpabschnitte ist relativ gering. Während des Simulationscrimpvorgangs haben das Kabel und der Anschluss eine größere Kontaktfläche und die mittlere Höhe ist höher. Die Form der beiden niedrigen Crimpabschnitte bildet eine Widerhakenform, die die Verbindung zwischen dem Kabel und dem Kontaktanschluss verstärkt.

2.2 Crimphöhe und Crimplänge

Um die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Automobil-Hochspannungskabelbaums nach dem Crimpen sicherzustellen, sollten neben der Annahme einer angemessenen Anschlussstruktur und Crimpmethode beim eigentlichen Crimpvorgang auch die Crimphöhe und Crimplänge der Kontaktanschlüsse berücksichtigt werden sichergestellt werden.

Wenn die Crimphöhe zu hoch ist, kann es leicht zu übermäßigen Hohlräumen im Crimpbereich kommen, was zu einer unzureichenden Kontaktfläche zwischen dem Kabel und dem Metallleiter des Steckverbinderanschlusses führt, der die Crimpfestigkeit nicht erfüllen kann, die für die Automobilindustrie erforderlich ist. Spannungskabelbaum (das heißt, der Anschluss und der Anschluss sind miteinander verbunden). Kabelhaltekraft), Abzugskraft und elektrische Leitfähigkeit und führen sogar zu einem anormalen Betriebszustand des Crimpanschlusses; Wenn die Crimphöhe zu niedrig ist, kann der Kabelkern leicht brechen oder der Metallleiter im Crimpbereich brechen, der nicht mit dem Kabelbaum des Fahrzeugs übereinstimmt. Crimp-Anforderungen. Daher muss die Crimphöhe des Kabels und des Verbinderanschlusses streng kontrolliert werden. Steckverbinderanschlüsse werden häufig durch Punktdruck, Begrenzungsdruck und andere Methoden gecrimpt. Im Allgemeinen beträgt die Crimptiefe beim Punktcrimpen d/2 (d ist der Außendurchmesser des Anschlusses). Obwohl zu diesem Zeitpunkt alle Lücken zwischen dem Kabel und dem Anschluss zusammengedrückt werden können, ist die Druckgrube zu tief, was leicht zu einer übermäßigen Verformung des Kabelkerns führen wird. , wird in einen scharfen Winkel gedrückt, was zu einem Spitzeneffekt des elektrischen Felds führt, und in schweren Fällen wird sogar die Kabelseele gebrochen, was zu einer schlechten elektrischen Kontinuität und Leitfähigkeit des Hochspannungskabelbaums des Fahrzeugs führt. Im Allgemeinen beträgt die Crimptiefe des Begrenzungsdrucks d/3. Obwohl die Kompressionsverformung relativ gleichmäßig ist, wird zu diesem Zeitpunkt die Außenschicht zuerst verformt, wenn der Kupferdrahtkern des Kabels komprimiert wird, während die Innenschicht im Wesentlichen unbelastet ist, und häufig tritt das Phänomen der äußeren Enge und der inneren Lockerheit auf. , hat einen gewissen Einfluss auf seine elektrische Leitfähigkeit.

Angesichts der Nachteile des Punktdruckverfahrens und des Begrenzungsdruckverfahrens wird empfohlen, die Kombination des Begrenzungsdruck- und des Punktdruckcrimpverfahrens nach dem optimierten Design zu verwenden, um die Crimptiefe auf 0,4d zu steuern , um die Anschlüsse und Kabel effektiv zu komprimieren. Wenn die Crimplänge zu lang ist, wird die Crimpkraft zu groß und gleichzeitig wird Material verschwendet, so dass die strukturelle Auslastung des Crimpbereichs gering ist; Die für Hochspannungskabelbäume erforderliche Crimpfestigkeit (dh die Haltekraft des Anschlusses am Kabel) führt auch zu einer zu geringen elektrischen Leitfähigkeit. Daher muss die Crimplänge des Kabels und der Anschlussklemme genau kontrolliert werden. Üblicherweise lautet die Berechnungsformel der Crimplänge La:

Wobei: FT die Abzugskraft des entsprechenden Anschlusses ist, d. h. die Abzugskraft von Kabeln unterschiedlicher Größe (Standardanforderungen sind in Tabelle 1 aufgeführt); Fz ist die Reibungskraft an der Kontaktfläche zwischen Klemme und Kabel; R ist der Radius des Kabels nach dem Crimpen.

Tabelle 1 Standardanforderungen für die Abzugskraft von Kabeln unterschiedlicher Größe

2.3 Crimpleistungstest

Um den Einfluss der Anschlussstruktur, Crimpmethode, Crimphöhe und Crimplänge in der Crimptechnik auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kfz-Hochvoltkabelbaums nach dem Crimpen weiter zu verstehen, wird der Kfz-Kabelbaum mit einem Nennstrom von 200 A (ausgewählt Die Querschnittsfläche des Kabels beträgt 25 mm2 und der maximale Durchgangsstrom beträgt 300 A) als Beispiel, und die experimentelle Untersuchung der Crimpleistung des relevanten Automobil-Hochspannungskabelbaums wird durchgeführt. Tabelle 2 zeigt den Crimpprozess, der für jede Probe eines Automobil-Hochspannungskabelbaums in dem Crimpleistungstest eines Automobil-Hochspannungskabelbaums verwendet wurde. Probe 1 übernimmt den traditionellen Crimpprozess und Probe 2 übernimmt die optimierte Anschlussstruktur und den Crimpprozess. Verbindungsmethode, Crimplänge und herkömmliche Crimphöhe, Probe 3 übernimmt die optimal gestaltete Anschlussstruktur, Crimpmethode, Crimphöhe und Crimplänge. Die Testergebnisse der Crimpleistung des Automobil-Hochspannungskabelbaums sind in Fig. 6 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Probe 3 die besten sind. Dies zeigt, dass die optimierte Auslegung des Crimpprozesses eine hohe Qualität und Leistungsfähigkeit nach dem Crimpen von automobilen Hochvoltkabelbäumen sicherstellen kann.

Tabelle 2 Die Crimptechnologie, die für jede Probe eines Hochspannungskabelbaums für Kraftfahrzeuge verwendet wurde

3. Fazit

Ausgehend von den Leistungsanforderungen und Gebrauchseigenschaften von Hochvolt-Kabelbäumen für die Automobilindustrie analysiert dieses Papier die Hauptfaktoren (Klemmenaufbau, Crimpmethode, Crimphöhe und Crimplänge), die die Crimpqualität von Kabeln und Steckeranschlüssen im Crimpprozess beeinflussen und Vorschläge zur Optimierung des Designs. Durch den entsprechenden Crimpleistungstest für Hochspannungskabelbäume im Automobilbereich wird verifiziert, dass das segmentierte Crimpen bessere mechanische Eigenschaften aufweist als das Crimpen des gesamten Abschnitts, und dass das Crimpverfahren, das Begrenzungsdruck und Punktdruck kombiniert, verwendet wird, um die Crimphöhe angemessen zu steuern und Länge, um eine bessere mechanische und elektrische Leistung von Kfz-Hochspannungskabelbäumen zu gewährleisten.