两半式插孔偏心现象的探讨与优化

韩征权

(贵州航天电器股份有限公司，贵阳 550009)

两半式插孔偏心现象的探讨与优化

韩征权

(贵州航天电器股份有限公司，贵阳 550009)

接触件是信号传输的主要载体之一，对信号的传输过程起着决定性的作用，而良好的传输性能是满足产品使用要求的先决条件。本文以某型号插孔为例，阐述了接触件偏心现象产生的原因及其过程，同时利用ADINA仿真软件分析了三种状态下两半式插口的缩口过程，并结合实际进行了验证。结果表明:采用圆锥式缩口模进行缩口后能够获得性能较好的插孔。本文的探讨可以指导类似插孔的生产过程。

失效;偏心;变形;仿真分析

1 引言

接触件是电连接器的核心零件，是信号传输的主要载体之一，良好的传输性能是满足产品使用要求的先决条件。接触件的可靠与否，直接影响电连接器连接性能的好坏，甚至整个系统的安全可靠运行。因此，接触件必须具备优良的结构，才能保证稳定可靠的保持力和良好的传输性能。

大量的使用和试验表明，电连接器的失效形式主要有接触失效、绝缘失效、机械失效等失效形式。据统计，接触失效占现场失效的45.1%。接触性能的好坏是决定连接器质量的关键因素。

引起接触失效的因素有很多，主要包括材料选用、结构设计、制造工艺、镀覆、传递过程、贮存等因素。本文以接触失效中常见的偏心现象进行探讨，系统分析偏心现象产生的原因及其过程。

2 偏心原理概述

两半式插孔经缩口后，接触片发生塑性变形，并向中心偏移一定距离、靠拢。在理想状态下，两半式接触片变形后成中心对称，实际生产过程中，变形后的两半式接触片并不完全对称，存在一个相对的偏移量，即偏心现象。偏心导致插孔分离力单边，甚至在插合时发生接触片被压缩、凹陷、断裂等问题。引起偏心现象主要有两个因素，即设计和工艺。

2.1 设计因素

如图1所示，在设计插孔时，除了插孔内外径尺寸的设计，还必须考虑插孔的开槽深度(Y)和宽度(X)。在开槽宽度一样时，开槽深度越深，接触片回弹量越小;反之，开槽深度越浅，回弹量越大。同理，在开槽深度一样时，开槽宽度越宽，回弹量越大;开槽宽度越窄，回弹量越小。设计时，若开槽深度与宽度设计不合理，极易导致偏心现象。

2.2 制造工艺因素

这里主要分析插孔开槽和缩口。

开槽主要有铣切、割槽和冲切。铣切精度较高、效率高，尺寸易保证，但技术难度较大，成本费用较高，国内极少使用。割槽精度差，效率低，尺寸不易保证，技术难度小，成本低，适合于小批量生产。冲切开槽精度低，效率高，尺寸存在一定偏差，接触片根部局部发生弹性变形，适合大批量生产，目前在国内普遍使用。

图1 插孔开槽示意图

缩口主要有自动化、半自动化和手工操作。自动化缩口主要用于自动化生产线，缩口精度较高，一致性好，效率高，但技术相对较难，成本较高。半自动化用于普通生产线，缩口精度高，效率一般，技术难度不大，成本高。手工操作，缩口精度低，效率低，易操作，成本低，在国内普遍使用。

3 仿真分析

通过上述分析，以某型号两半式插孔为例，利用ADINA软件主要对以下几种情况的缩口过程进行仿真分析(见表1)。

表1 几种生产情况

图2 圆柱式缩口模示意图

3.1 初始化设置

根据该插孔的生产条件进行仿真设置，材料选择铜合金，设置材料特性曲线和载荷时间关系曲线。

3.2 第一种理想状态的仿真分析

理想状态下的插孔缩口时，缩口处于最大压缩行程时的受力情况如图3所示。从图中可以看出，接触片根部变形量较大，最大应力值达到1148MPa，且缩口部位呈直线状态。插孔缩口后的最终应力分布如图4所示，最大应力区分布在开槽根部，应力最高值可达807MPa，造成该部位附近发生了塑性变形，但应力值未超过材料的极限强度。插孔缩口后插孔开槽部位呈类似等腰三角形，接触片根部向内凸起，经自然时效处理后，该凸起段两接触片回弹量不一致，易出现偏心现象。

图3 插孔最大压缩状态时应力分布图

图4 插孔最终应力分布图

3.3 第二种偏心状态的仿真分析

开槽后插孔的接触片大小不一致，即加工偏心，偏心量为0.1mm。缩口过程中，插孔处于最大压缩状态时的应力分布如图5所示。由图可知，接触片根部变形量较大，且两半式接触片的变形量不一致，最大变形时，其中一半接触片根部的最大应力值达到1320MPa，接近材料的极限应力，有发生断裂的可能。插孔缩口后的最终应力分布如图6所示。最大应力区分布在开槽根部，应力值为998MPa，该部位附近发生了塑性变形。缩口后插孔开槽部位呈不规则三角形，变形量较大的接触片根部严重向内凸起。经自然时效后，严重内凸一侧的接触片残余应力较大，该凸起部位必然引起偏心，甚至接触片根部产生细微裂纹。

图5 最大压缩状态时应力分布图

图6 插孔最终应力分布图

3.4 第三种理想状态的仿真分析

缩口时，减小接触片的缩口距离，插孔处于最大压缩状态时的应力分布如图7所示，最大应力值为1081MPa。完全压缩时，接触片根部和接触片与缩口模端面接触部位发生塑性变形，变形区域小，其他部位处于弹性变形状态。插孔缩口后的最终应力分布如图8所示。最大应力区分布在接触片根部和接触片与缩口模端面接触部位，最大应力值为675MPa。经自然时效后，接触片回弹量较大，且回弹不一致，两接触片将完全分离，可能出现偏心现象。

图7 最大压缩状态时应力分布图

图8 插孔最终应力分布图

4 试验验证

4.1 偏心问题验证

通过上述仿真分析可知，三种状态的插孔缩口过程均会产生偏心现象。经试验验证后(见图9)，前两种状态出现偏心现象与仿真分析相符，第三种理想状态出现偏心现象较少，但接触片分离较大，分离力不合格，需进行二次缩口。

图9 试验验证对比图

4.2 缩口模优化

上述三种状态的插孔采用圆柱式缩口模缩口，缩口后均出现不同程度的偏心现象。分析仿真过程中产生偏心现象的原因，在保证插孔制造精度的情况下，对缩口模具进行优化。缩口模由圆柱式改为圆锥式，如图10所示。

4.3 优化结构后的仿真分析

利用优化后的缩口模对第一种理想状态的插孔进行缩口。缩口过程中，插孔处于最大压缩状态时的受力情况如图11所示。从图中可以看出，接触片根部变形量大，最大应力值达到986MPa。缩口后插孔的最终位移如图12所示，从图中可以看出，插孔开槽部位呈等腰三角形。经自然时效后，两半接触片的回弹量一致，呈中心对称分布，未产生偏心现象。因此，优化缩口模后的插孔性能较好(见表2)。

图10 圆锥式缩口模示意图

图11 最大压缩状态时应力分布图

图12 插孔最终位移图

表2 缩口模优化前后仿真分析对比

5 结论

本文以某型号两半式插孔为例，利用ADINA软件对两半式插孔的缩口过程进行了仿真分析，较为详细的分析了两半式插孔缩口过程中产生偏心现象的原因。结果表明，第一种理想状态和第二种偏心状态的插孔缩口后易出现偏心现象，第三种理想状态缩口后出现偏心问题少，但两半式接触片不闭合，分离力不合格，需进行二次缩口。缩口模具优化后，插孔的变形情况较好，不易出现偏心问题。对比可知，缩口模优化后插孔的性能较好，该结构可以指导类似插孔的缩口过程，以减少甚至消除插孔缩口后的偏心现象，提高插孔的性能。

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10.3969/j.issn.1000－6133.2013.02.006

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1000－6133(2013)02－0024－04

2013－01－28

工艺与材料