摘要:铜合金是汽车连接器端子的主要原材料,本文探讨铜合金的弯曲特性、回弹特性、机械性能、导电性和抗应力松弛等特性对端子产品品质的影响,为汽车连接器端子材料的合理选择以及提升连接器端子产品品质提供理论依据。
近年来,随着中国汽车工业的快速发展,很大程度上推动了包括汽车连接器在内的汽车零部件的发展。汽车连接器是在电子系统中担负着电能传输、信号控制和传递任务的重要基础元件之一,它主要由插接件(端子)、绝缘体、外壳及附件组成,端子是实现连接器内部电接触功能的核心部件。连接器端子所用原材料主要是铜合金,铜合金种类繁多,其品质及性能指标也参差不齐。连接器端子的材料好坏关系到连接器的品质和可靠性稳定与否,连接器端子的材料不但要从其力学性能、热力学性能、电性能和电化学腐蚀等性能考虑,而且还要从材料的可加工性和成本方面考虑。
连接器端子的品质检验项目主要包括外观和尺寸、机械性能、电气性能和环境性能等。本文从原材料(铜合金)特性的角度出发,探讨原材料特性对连接器端子品质的影响及改善对策。为连接器端子材料的选择以及提升汽车连接器端子产品品质提供理论依据。
1 铜合金特性对端子外观和尺寸的影响
合格的外观和尺寸是保障连接器端子性能的基本条件。绝大部分的端子在冲压成型过程中都是以弯曲为主的变形方式。在弯曲成型过程中,端子主要存在材料弯曲回弹造成的尺寸超差问题、折弯开裂的外观问题等。
1.1铜合金弯曲特性对端子折弯开裂的影响
折弯开裂对于连接器端子来说是致命的品质问题,给企业和客户造成不同程度的损失。铜合金在冲压折弯过程中,受到一个弯曲力矩的作用,相当于中性轴的弯曲凹面受到压缩变形,而中性轴的弯曲凸面受到拉伸变形。当凸面受到拉伸变形超过材料所能承受的变形极限时导致开裂。
铜合金材料具有优良的弯曲特性,一定程度上避免了端子产品的开裂问题。影响铜合金弯曲特性的因素主要有以下几方面:①铜合金的机械性能:针对同一种材料,其机械强度越高,塑性越差,弯曲特性就越差。②铜合金板带材弯曲方向:平行于轧制方向的弯曲特性优于垂直于车L制方向。这是因为在轧制过程中,晶粒是沿着轧制方向被拉长而形成纤维组织,而垂直于轧制方向上存在很多晶界,从而导致了材料的各向异性。③端子弯曲角、弯曲半径和材料厚度:端子的弯曲角度越小,弯曲半径越小,铜合金板带材厚度越大,板带材中性轴的弯曲凸面受到拉伸变形越大,越易开裂叫。④在端子冲压生产过程中,为了使折弯成型更容易,在铜合金板带材的相应位置冲压一道预压痕,使材料纤维组织发生织构变化而导致形变硬化,材料的弯曲特性变差。
1.2铜合金弯曲回弹对端子尺寸的影响
铜合金在弯曲成型过程中,由于板带材的内外层由拉应力过渡到压应力的弹性变形区的存在,弯曲卸载之后板带材必然会造成回弹。铜合金的回弹特性造成了端子外形尺寸超差的品质缺陷,严重时将会影响到后续的连接器装配精度。
影响铜合金弯曲回弹特性的因素主要有以下几方面:①铜合金的机械性能:铜合金弯曲回弹量与材料的屈服强度成正比,与弹性模量成反比。这是因为铜合金屈服强度越大,在一定的弯曲变形程度下,材料变形区应力越大,弹性变形区越大,回弹值越大。而铜合金弹性模量越大,在一定的弯曲变形程度下,材料的弹性变形区越小,回弹值越小。②相对弯曲半径(R/t)和弯曲角:铜合金在弯曲成型时,相对弯曲半径和弯曲角越小时,卸载后回弹值越小,因为在一定的弯曲变形程度下,塑性变形区大,弹性变形占总变形的比例小,回弹值越小。