4插接件如何正确选材
插接件的结构设计,不但要满足它的使用性能要求,还要兼顾它所使用的材料性能,以防止产品结构与材料性能相悖。如产品结构的折弯半径,应该根据所选材料的折弯性能r/t(r为折弯半径,t为材料厚度)确定。再如,若对产品的导电率高或强度要求较高,那么应尽可能简化产品的结构。以下将介绍如何为插接件正确选材。
4.1根据插接件的结构选择
首先观察是否有弹性结构,若有弹性结构,则选择屈服强度Q'S较大或弹性模量E较小的材料;若无弹性结构,则选择屈服强度矶较小和弹性模量E较大的材料。其次,看最大折弯角处的折弯半径:、折弯角a及产品的材料厚度t,根据折弯性能参数r/t选择适合的材料,这里要明确对折弯有利和不利的因素(材料越薄、越窄、折弯半径越大对折弯越有利)。若折弯角度a超过折弯性能r/t试验中的弯曲角度,有必要进行模拟试验方法,即折弯试验来确定所选材料是否能够达到要求。
4.2根据插接件的工作环境温度选择
在高温下,材料的屈服强度会损失一部分,材料不同,最终损失的屈服强度也不同。这里涉及一个概念:抗应力松弛能力,是指将试验材料放在高温下一段时间后取出,其屈服强度仍能够达到常温下屈服强度的70%以上的能力。抗应力松弛能力高的材料,在高温下仍能保持很好的弹性;抗应力松弛能力低的材料,较高的温度会使其弹性大大降低,致使产品失效,所以抗应力松弛能力在产品选材时不容忽视。纯铜的抗应力松弛能力为25 ℃,黄铜为75 ℃,锡磷青铜为125℃。若插接件的工作环境温度为100 ℃,那么应该选择锡磷青铜。
4.3根据插接件所在的电路中允许的温升选择
插接件的温升与导电率大小成正比,即导电率越高,发热少,散热快,温升越低。但是若具体计算电路中插接件的导电率却极为复杂,也没有相关资料可查。故一般按照设计经验估计和产品温升试验验证的方法确定。
综上所述,为插接件选材要兼顾材料成型和产品使用两方面,遵循既经济又适用的原则,产品结构与材料性能相辅相成,实现产品的优化设计。
5对材料开裂的原因分析
插接件尺寸小,结构相对复杂,所以对铜合金材料力学性能要求较高,一般国产材料成型比较复杂的插接件时,往往会导致裂纹的出现。若是我们在产品结构设计、材料选择与验收、模具设计与制造等方面多加注意,就会减少不必要的浪费,并保证了产品的品质。下面分析材料开裂的原因及改善的措施。
5.1插接件的结构设计不合理
1)内折弯角为0或过小,产品要求的折弯性能大于所选材料的折弯性能r/t。增大折弯角或减小材料壁厚可以避免开裂。
2)未设计撕裂槽。当折弯线在轮廓线以外时,如图1所示,x应不小于:(内折弯半径)值;当折弯线在轮廓线以内或与轮廓线重合时,应设计撕裂槽,如图2示,但也存在x应不小于:。类似的产品结构如图3所示。
5.2模具加工缺陷
在产品结构设计合理的情况下,若模具加工某处存在缺陷,则会在产品的同一个部位产生裂纹等缺陷;如果是材料本身的原因,则会在整个折弯处均会产生裂纹,因此应尝试更换成型该工序的模具部件,如果裂纹消除,则说明是模具加工缺陷造成的裂纹。如图4所示,更换冲头后裂纹消失。
5.3材料的力学性能差
成型较复杂的插接件时,若材料性能较低,则容易造成开裂。例如一个插座采用QSn6.5-0.1材料,出现裂纹现象,后查该材料的性能检验数据为二b=543~546 MPa, σs=510 MPa,延伸率δ=17%~18%,虽符合验收标准要求,但此批材料抗拉强度和延伸率都同时偏低,说明材料晶粒粗大,通过热处理使抗拉强度升高,但同时曲强比增大,塑性降低,导致材料易裂。后选用同种材料,性能为σb=587~592MPa, σs,=508 MPa,延伸率δ=27%~29%,由数据可见该材料晶粒度细小,同时抗拉强度和延伸率较高,性能大大提高,故开裂问题解决。
5.4材料状态选择不合理
材料的性能不但与材料的牌号有关,还会因材料的状态不同而相差甚远,材料不同的状态即由不同的热处理机制得到,国家标准中规定材料状态由汉语拼音的首位字母表示,如R表示软态、Y表示硬态、T表示特硬态等。若材料牌号确定,而硬态不能满足产品的成型要求,改选硬态软的材料即可减小裂纹产生的倾向。
5.5模具设计不合理
若以上方法均不能解决材料开裂的问题,也可考虑采用优化模具设计的方法控制裂纹的产生。由于材料在成型过程中,材料的加工硬化程度逐渐增高,若变形最大的工步在最后,则开裂的可能性较大,那么可以考虑将变形最大的工步放在前面。另外,可考虑增加成型工步,如折弯1750,如果原来是00-X900--+1750,可以调整为0°→45°→90°→120°→150°→175°,这样会大大降低材料开裂的可能性。
6新型材料
近几年使用新型材料的插接件不断出现,说明常用材料存在不足,要想改进产品品质,必须用新型材料来弥补,插接件正在迎来材料方面的挑战。
6.1铜锡合金C4252
04252是在铜-锌元素的基础上,又添加了锡、镍、铁等元素,又称锡黄铜。
从图5中可以看出,C4252力学性能与青铜C510相近,导电率却与黄铜C260相近。另外C4252的抗应力松弛能力与青铜相同,均为125 ℃。可谓综合了青铜和黄铜的优点,弥补了两者的不足,并且笔者经过实践,从产品成型、插拔力、温升试验方面与黄铜、青铜进行了对比,进一步验证了C4252的优越性能。因此它适合于导电率要求较高的有弹性结构的插接件,缺点是由于它属于进口材料,价格较高。