线束失效模式之“端子退针”不良的有效预防措施

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一、引   言



汽车线束由端子、护套、导线、连接器、胶带、波纹管、PVC 管、热缩管、熔断器、保险盒等附件组成，起整车神经网络功能，传递信号及执行电能作用。由于线束在整车中功能不同，分为发动机线束、前部线束、仪表线束、底盘线束、门线束、顶部线束等（图1）。


图1　汽车线束分布图


二、关于端子退针




线束是汽车的神经网络系统，在整车运行中负责传递电压、信号及大量的数据。特别是在互联网和大数据的背景下，不仅要求线束载体起到通断作用，而且对数据的传输速率及响应能力也提出了更高的要求，同时由于线束的物理布置空间有限，给其售后返修带来了更大挑战。

端子退针（图2）是线束比较常见的一种失效模式。退针是指端子未到达预期位置，从而使连接器功能失效。汽车线束主要依靠人工操作，管控难度可想而知，为更好预防及管控端子退针问题，在此主要从以下几方面着手进行控制：设计选型、过程防护、端子压接、组立、电测、装配。


图2　连接器退针示意图


三、预防措施




a.　设计选型

质量是设计和制造出来的，不是检验出来的，关于端子退针预防首先从设计选型着手开展预防，在此列出了5 个考量指标（图3）。

①插入力（图3）：端子组立时的难易程度，端子预装连接器内的阻力越小，越容易预装到位，因此在选型时第一个考核指标就是插入力，插入力越小，越容易组立，端子退针的风险越小。


图3　插入力示意图

②保持力（图4）：端子从护套中直线拔出力（即保持力），保持力越大，在连接器对插时越不易被顶出，在这里设计选型时考量指标可选择保持力大的连接器及端子。


图4　保持力示意图

③晃动量（图5）：公母连接器在对插时，端子在护套内的晃动量显著会影响到端子被顶出，为了降低此风险对插时退针的风险，在设计选型时尽量选择端子与连接器为统一厂家（目的：保证端子与连接器匹配时的晃动量最小）。


图5　晃动量示意图

④到位声：端子组立到位时的声音，端子的预装目前行业均依靠人工作业，存在端子退针的风险。如何让员工更好识别端子预装到位，这里引入一个考核指标即到位声，端子组立到位声比环境声音高（环境声音等级应为30dB-50dB）：潮湿前7dB，潮湿后5dB，或由供需双方商定。

⑤端子孔防错结构（图6）：端子在错误方向插入情况下，端子不能插人端子孔或绝缘支撑和密封件露在端子孔的外面。在问题处理中我们发现有些端子在错误的方向下也可插入到连接器内，回拉时不易识别，故在设计选型时需考量端子在错误方向插入的难易程度，以保证在错误方向组立端子时，无法到位。


图6　端子孔防错结构测试示意图

b.　过程防护

端子退针有两个影响因素：一个因素是弹片变形，另一个是端子歪。两者均是过程中受外力作用，导致端子变形，为了保护端子弹片不受外物影响导致变形，端子压接后均需使用保护杯（图7）将端子头部防护起来，组立时才能拆下保护杯。线束组立完成后需使用封口胶带或护具将公端护套密封（图8），防止运输过程中端子受外物作用导致歪斜。



图7　保护杯示意图



图8　封口保护示意图

c.　端子压接

端子压接是汽车线束生产过程中的关键环节，其主要工艺流程是将电气系统和端子连接起来，运用机床工艺将端子和电路结合起来。端子压接也是线束生产过程中造成端子退针的一个影响因素，“香蕉”端子是端子压接过程中常出现的问题，系压接模具问题导致端子过渡弯曲（图9）。端子压接弯曲装配时轻则造成连接器的插拔力增大，重则造成公端子无法插入母端子的有效区域，出现端子退针，调节压接设备上的限位销可解决此类问题。


图9　香蕉端子示意图

案例：总装车间反馈某车型交流电插座对插过程中出现端子退针，端子有两种状态，对比发现故障端子呈香蕉状，验证将故障端子调整笔直后，对插无退针现象，随后调整压接设备限位销后，此问题彻底解决。


图10　故障端子示意图

d.　组立

线束装配主要依靠人工作业，为更好的降低端子组立不到位风险，行业一般遵循“一插，二听，三回拉”，一插指的是插入端子，二听指的是听端子插到位的声音，三回拉指的是端子插入后拉一下看端子是否脱出，一个员工一天插入端子上千次易产生操作疲劳，为更好的让员工形成肌肉记忆，我们做了调整：一是班前“拉一下”，休息“拉一下”，这里的拉一下指的是在操作岗位设置拉力机，开班前，休息后员工均需要手拉测力计，以保障员工的插入力度形成肌肉记忆；二是“一看，二插，三听，四回拉”，增加“一看”是为了识别端子变形，香蕉端子，插入时保证插入方向正确。


图11　测力计

e.　电测

线束电测这里是线束制造的很重要的一道关卡，为了保证端子歪斜，端子退针有效的被识别和拦截，电测设备需要满足以下条件：一是公端子治具必须佩戴防歪格栅（如图12），以保障歪斜的端子无法导通；二是电测探针使用螺纹台阶针，可有效的预防电测过程端子被顶出去，三是根据尺寸链计算出端子在护套内移动量，从而制作探针，并建立探针日常维护保养计划。


图12　防歪格栅/ 探针示意图

f.　装配

案例：A 车间反馈批量某车型左前门控制面板插头难装（端子退针），经过现场调查分析确认为该车型从B 车间搬迁到A 车间装配，员工装配时未对正插入导致线束母端子被顶出，对正装配后故障消失。此案例充分说明装配线束时员工需要保证公母端护套对正（图13）插入，以降低装配过程中由于公母端护套不对正导致端子被顶出风险。


图13　对插示意图

四、结束语




本文对影响汽车线束端子退针的因素进行了深入的分析，从设计选型，线束制造，过程防护，装配手法等方面预防及管控进行了具体的研究，既为线束的设计选型提供了指导，又为线束制造过程管控提供了具体的意见，对于故障模式的分析有提供了具体的方法。