Vergleich von Ultraschallschweiß- und U-förmigen Crimpkabelbäumen

Umfassender Vergleich von Ultraschallschweiß- und U-Crimp-Kabelbäumen
ICH. Funktionsprinzip

Ultraschallschweißen
Durch hochfrequente mechanische Vibration (normalerweise 20kHz oder 40kHz), Die metallische Kontaktfläche wird gerieben, um Wärme zu erzeugen, und die molekulare Fusion wird im festen Zustand erreicht. Es gehört zur Festphasenschweißtechnik. Es ist keine Strom- oder Hochtemperatur-Wärmequelle erforderlich, um Oxidations- und Spritzerprobleme zu vermeiden.

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U-förmiges Crimpen
Kaltprägen mehrerer Drähte mit U-förmigen Anschlüssen, mechanische Verbindung durch Reibung, die durch physikalische Verformung entsteht. Der Vorgang ist einfach, Aufgrund unzureichender Verformung kann es jedoch zu winzigen Hohlräumen im Inneren kommen.

III. Prozess und Kosten

Ausrüstungsinvestition
Die Anschaffungskosten einer Ultraschallschweißmaschine sind hoch (Es sind ein spezieller Schweißkopf und eine hochpräzise Parametereinstellung erforderlich), aber die langfristigen Wartungskosten sind gering; Crimpgeräte vom U-Typ sind kostengünstig, Anschlüsse und Formen müssen jedoch häufig ausgetauscht werden.

Produktionseffizienz
Ultraschallschweißen hat eine hohe Geschwindigkeit (<1 Sekunde/Punkt), welches für die Massenproduktion geeignet ist; Beim Crimpen vom U-Typ ist manuelle Hilfe erforderlich, um die Position des Drahtes anzupassen, und die Effizienz ist etwas geringer.
‌Materialanforderungen‌
Ultraschallschweißköpfe erfordern spezielle Legierungen mit hoher Verschleißfestigkeit (wie Titanlegierungen), und der Herstellungsprozess ist komplex; U-förmige Anschlüsse bestehen meist aus Kupfer oder Aluminiumlegierungen, mit einem hohen Grad an Standardisierung.

IV. ‌Umweltschutz und Sicherheit‌
Beim Ultraschallschweißen entstehen keine Funken, erfordert kein Lot oder Flussmittel, und entspricht dem Trend der umweltfreundlichen Fertigung‌;
U-förmiges Crimpen beruht auf physikalischer Verformung, und obwohl es keine Emissionen hat, es erfordert die Behandlung von Metallabfällen.

V. ‌Typische Anwendungsszenarien‌
‌Priorisiertes Ultraschallschweißen‌:
Hochvolt-Kabelbäume für New-Energy-Fahrzeuge, Kommunikationsleitungen an Bord (wie CAN-Bus), Kabelbäume für Präzisionssensoren, und andere Bereiche, in denen strenge Anforderungen an geringen Widerstand und hohe Zuverlässigkeit gestellt werden. ‌Priorisiertes U-förmiges Crimpen‌:
Gewöhnliche Niederspannungskabelbäume, Kostengünstige Fahrzeugkabelbäume, und temporäre Reparaturszenarien.

Zusammenfassung
Ultraschallschweißen bietet weitere Leistungsvorteile, Haltbarkeit, und Umweltschutz, aber die Kosten sind höher; Das U-förmige Crimpen ist für seine Wirtschaftlichkeit und Flexibilität bekannt, und eignet sich für herkömmliche Szenarien. Die tatsächliche Auswahl muss in Kombination mit spezifischen Prozessanforderungen umfassend bewertet werden, Kostenbudgets, und Produktpositionierung.

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Ultraschall-Metallschweißen von Anschlüssen mit Isolationscrimp – Erdungsschweißmaschine, Abisolier- und Crimpmaschine

Der Nettowert des Ultraschall-Metallschweißprozesses

Ultraschallschweißen und U-förmiges Crimpen werden im Unternehmen häufig als die beiden Hauptmethoden zum Verbinden von Automobilkabelbäumen eingesetzt. Der Kabelbaumingenieur dieses Artikels stellt hauptsächlich die beiden Verbindungsmethoden zwischen Drähten vor, Ultraschallschweißen und U-förmiges Crimpen, in der Produktion und Fertigung von Kfz-Kabelbäumen. Es wurde eine vergleichende Analyse der Vor- und Nachteile dieser beiden Methoden durchgeführt, Dies kann als Referenz für die Auswahl von Verbindungsmethoden zwischen Drähten im Produktionsprozess von Automobilkabelbäumen dienen.

Da die Funktionen von Elektrogeräten in Kraftfahrzeugen immer komplexer werden, und es gibt immer mehr Sorten, Der Kabelbaum dient als Medium zur Signalübertragung zwischen verschiedenen Elektrogeräten im Automobil. Die Schleifenbeziehungen zwischen Kabelbaumdrähten werden immer komplexer, und es gibt immer mehr Check-in-Punkte zwischen den Kabeln. Zum Beispiel, Es gibt Hunderte von festsitzenden Stellen im Kabelbaum des Fahrerhauses von Schwerlastkraftwagen.
daher, Der Stanzvorgang ist ein sehr wichtiger Teil des Kabelbaum-Crimpprozesses. Fragen wie die Auswahl der Stanzmethoden und der Stanzausrüstung müssen von den Konstrukteuren von Kabelbaumprozessen und sogar von der Produktion des Unternehmens berücksichtigt werden.

1 – Die wichtigsten Methoden und Einführung zum Einchecken von Fahrzeugkabelbäumen
In der Automobilkabelbaumindustrie, Unter Stanzen versteht man das Verbinden der freiliegenden Kupferdrähte nach dem Abisolieren der einzelnen Drähte durch Schweißen oder Crimpen, um eine Schleife zu bilden. Der Feststeckpunkt bezieht sich auf die Position, an der jeder Kabelbaum feststeckt. Entsprechend der Position des steckengebliebenen Punktes zwischen den Drähten, Das Stanzverfahren kann in Öffnungsstanzen und Andockstanzen unterteilt werden.
Offenes Stanzen bedeutet, dass die Hauptleitung ein ganzer Leiter ist und die Klemmstelle auf der Hauptleitung liegt, jedoch nicht an beiden Enden der Hauptleitung. Die restlichen Drähte werden an der Stelle verschweißt, an der die Isolierung des Hauptdrahtes abisoliert ist, Daher wird es auch Mid-Stripping Punch genannt.
Beim Stumpfstanzen liegt die Klemmstelle am Ende des Drahtes, und ein Ende des Drahtes wird mit einem Ende anderer Drähte verbunden, die durch Crimpen oder Schweißen gestanzt werden müssen. Es kann ein Leiter oder mehrere Leiter sein, oder zwei oder mehr Leiter und mehrere Leiter. Die Drähte, bei denen beide Enden an der Stanzung beteiligt sind, werden Übergangsdrähte genannt. Die einseitige Stanzung ist eine besondere Art der Stumpfstanzung, das heißt, Alle Drähte sind auf der gleichen Seite verschweißt oder gecrimpt. Der Öffnungs-Punch-In und der Docking-Punch-In sind in der Abbildung dargestellt 1.
Figur 1, Schematische Darstellung des Abisolierens und Andockens von Drähten.
Je nach Ausstattung und Prinzipien, Das Stanzen kann in zwei Arten unterteilt werden: Ultraschallschweißen und Crimpen von U-förmigen Teilen.
Beim Ultraschallschweißen handelt es sich um ein Schweißverfahren, das hochfrequente mechanische Schwingungen nutzt, um die Oberfläche des Schweißmaterials wieder zu verbinden. Es handelt sich um einen Prozess zwischen Kaltpressschweißen und Reibschweißen. Es wandelt niederfrequenten Strom in hochfrequenten Strom um, wandelt dann hochfrequente elektrische Energie in hochfrequente mechanische Vibrationsenergie um, und überträgt dann die hochfrequente mechanische Vibrationsenergie auf die Oberflächen der beiden zu verschweißenden Metalle. Und üben Sie einen vertikalen Druck auf die Schweißfläche aus, Dadurch reiben die beiden Metalloberflächen aneinander, um Wärmeenergie zum Schmelzen des Metalls zu erzeugen, und unter dem kurzen Druck, Die Schmelze bildet eine Verschmelzung zwischen den Molekülschichten, wenn die Verbindungsoberfläche erstarrt.
Das Prinzip des Ultraschallschweißens ist in Abbildung dargestellt 2. Zum Crimpen von U-förmigen Teilen, Die Auswahl der U-förmigen Teile und der Crimpmaschine richtet sich nach dem Gesamtdrahtdurchmesser der Kontakte. Für jede Art von U-förmigem Teil werden eine spezielle Crimpmatrize und -backen entwickelt, Anschließend werden zwei oder mehr Drähte mit Hilfe einer U-förmigen Crimpausrüstung kalt zusammengeprägt. Das Crimpen von U-förmigen Stücken ist ein einfaches physisches Zusammendrücken des Kupferdrahtes des Drahtes durch den U-förmigen Teil des Metallstücks, und die Oberflächenreibung zwischen benachbarten Kupferdrähten wird genutzt, um die Verbindung zwischen dem Draht und dem U-förmigen Stück sicherzustellen.
Figur 2 Schematische Darstellung des Ultraschallschweißprinzips

2 – Vergleichende Analyse des Ultraschallschweißens und des Crimpens von U-förmigen Teilen
2.1 Vergleichende Analyse der Leitfähigkeitseigenschaften
Der Spannungsabfall ist ein wichtiger Indikator für die Leitfähigkeit eines Kabels. Der sogenannte Spannungsabfall bezeichnet die Potentialdifferenz, die sich am Widerstand bildet, wenn Strom fließt. Nach dem Ohmschen Gesetz ist U=RI, wenn der Strom im Stromkreis konstant ist, Die Spannung ist proportional zum Widerstand, das heißt, desto größer der Widerstand, desto größer ist der Spannungsabfall, und je kleiner der Widerstand, desto kleiner ist der Spannungsabfall. Der Spannungsabfall U eines isolierten Leiters berechnet sich zu::
U=IPL/A
(1) In der Formel, U – Spannungsabfall; P – spezifischer Widerstand; L – Drahtlänge; A – Drahtquerschnittsfläche.
Beim U-förmigen Crimpen handelt es sich um eine einfache Extrusion des Kupferdrahts des Leiters, um eine physikalische Verformung des Kupferdrahts zu bewirken und durch Reibung eine Verbindung herzustellen. Benachbarte Kupferdrähte im Draht sind immer noch unabhängige Metalleinheiten und können nicht vollständig in Kontakt sein, um Löcher zu bilden. Die Existenz dieser Lücken ist unvermeidlich, Dadurch erhöht sich der spezifische Widerstand P des Crimpteils, Der Spannungsabfall U nimmt zu, und die Leitfähigkeit nimmt ab, Dadurch wird die Übertragungsqualität elektrischer Signale verringert. Beeinträchtigen Sie den normalen Betrieb elektrischer und elektronischer Geräte. Nach dem Ultraschallschweißen, die angrenzenden Metalle werden zu einem Ganzen verschmolzen, was zu einer besseren Dichte führt als der Schweißteil von U-förmigen Teilen. Es wird keine Lücken geben, Der spezifische Widerstand ist niedrig und liegt nahe bei Null, Der Spannungsabfall beim Ultraschallschweißen ist unter gleichen Bedingungen geringer, und die Leitfähigkeit und Signalübertragungsqualität sind besser. Zusätzlich, Der Ultraschallschweißteil weist einen geringeren Widerstand auf als der U-förmige Crimpteil, Dadurch wird der durch Kontaktwiderstände verursachte Wärmestau verringert. Bis zu einem gewissen Grad, Die Qualitätsgefahr des Verbrennens des Kabelbaums, die durch den lokalen Temperaturanstieg des Kabelbaums verursacht wird, wird vermieden.

2.2 Vergleichende Analyse des Nutzungsumfangs
Ultraschallschweißen ist sehr effektiv bei der Verbesserung der Signalübertragungsqualität und der Stromübertragungskapazität von Drähten, und kann auch die Stabilität der elektrischen Systeme von Kraftfahrzeugen verbessern. Zum Beispiel, Drähte mit einer Querschnittsfläche von 10 mm2 oder mehr und Controller Area Network (DÜRFEN) Drähte erfordern im Allgemeinen Ultraschallschweißen. Jedoch, Ultraschallvibrationen zerstören die Beschichtung. Kupferoberflächenbeschichtungen wie Versilberung, Verzinkung, Verzinnung, usw. kann Oxidation verhindern und die Leitfähigkeit verbessern. Die Verzinnung von Kupferdraht hat einen großen Einfluss auf das Ultraschallschweißen. Die Schmelzpunkte von Zinn und Kupfer sind sehr unterschiedlich. Beim Schweißen, die Zinnschicht geht schnell in einen geschmolzenen Zustand über, Dadurch wird die Verbindung der Kupferatome blockiert und die Schweißqualität beeinträchtigt. Für beschichtete Drähte, Im Allgemeinen ist eine U-förmige Crimpung erforderlich.

2.3 Vergleichende Analyse der Schweißqualität
Ultraschallschweißmaterialien haben Metalleigenschaften, die nicht schmelzen und nicht spröde sind, und werden durch äußere Feuchtigkeit nur minimal beeinträchtigt, Staub, Öl und Gas. Es ist nicht leicht, Korrosion zu verursachen, Oxidation und andere unerwünschte Zustände im Kupferdraht, Dadurch wird eine Verschlechterung der Leitfähigkeit des Kabelbaums und der Signalübertragungsleistung vermieden, und die Zuverlässigkeit der festsitzenden Verbindung ist hoch. Am Crimpteil der U-förmigen Teile treten Eigenspannungen im Drahtkern auf, und es besteht die Gefahr, dass das Metall zurückprallt, und unter rauen Arbeitsbedingungen besteht die Gefahr von Oxidation und Rost. Nicht so zuverlässig wie Ultraschallschweißen. Beim Ultraschallschweißen entsteht an der Schweißstelle eine rechteckige Form, ohne lose Kerndrähte, gebrochene Enden oder gerissene Kerndrähte, und die Drähte sind nicht gebogen und führen gerade aus dem Schweißpunkt heraus. Ultraschallschweißen kann zu übermäßigem Schweißgrat führen und den schützenden Schrumpfschlauch durchstoßen; Das Ende des Drahtkerns erstreckt sich so weit, dass es die Drahtisolationsschicht überlappt; Der Draht kommt nicht in einer geraden Linie aus der Schweißstelle heraus; Der Drahtkern fliegt heraus und durchsticht den schützenden Schrumpfschlauch. Ein fehlerhaftes Produkt, das durch einen oder mehrere gebrochene Kerndrähte aufgrund des Schweißprozesses verursacht wird (allgemein, Es ist erforderlich, dass die Anzahl der fehlenden Kerndrähte für jeden Draht nicht überschritten wird 10%). Beim Crimpen von U-förmigen Teilen, Der Drahtkern könnte herausfliegen und den schützenden Schrumpfschlauch durchstoßen; Das Ende des Drahtkerns wird so weit gedehnt, dass es die Drahtisolationsschicht überlappt; Der Drahtmantel wird durch das Stanzstück gedrückt; Der Gesamtdurchmesser des Stanzdrahtes passt nicht zum Stanzstück, usw.

2.4 Vergleichende Kostenanalyse
Ultraschallschweißen erfordert Metallwerkstoffe mit guter Zähigkeit (geringer mechanischer Verlust bei der Schallwellenübertragung). daher, Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen. Jedoch, Beim Ultraschallschweißen von Metallen muss der Schweißkopf verschleißfest sein (eine höhere Härte ist erforderlich), was die Materialauswahl erschwert, denn Härte und Zähigkeit sind von Natur aus gegensätzlich, was die Auswahl sehr hochwertiger Stahlwerkstoffe erfordert. Um die effektive Lebensdauer des Schweißkopfes zu maximieren, die Kosten sind sehr hoch. Der Preis von Ultraschallschweißmaschinen ist im Allgemeinen höher als der von Crimpmaschinen, und die Anfangsinvestition ist höher. Bei Verwendung von U-förmigem Crimpen, Für jeden Klemmpunkt im Kabelbaum wird ein U-förmiges Stück benötigt. Kabelbaumprodukte mit vielen festsitzenden Stellen und großen Chargen verwenden eine große Anzahl U-förmiger Teile, was zu hohen Gesamtkosten führt. Zum Beispiel, Der Preis für U-förmige Teile beträgt 0.05 RMB/Stück, und die Anzahl der Kabelbaum-Klemmpunkte im Fahrerhaus beträgt 100 Stücke/hängend, dann die Gesamtkosten der Produktion 1,000 Der Kabelbaum des Fahrerhauses besteht aus U-förmigen Teilen 5,000 RMB.

2.5 Vergleichende Analyse der Bedienbarkeit
Vor dem Ultraschallschweißen und dem Crimpen von U-förmigen Teilen, Es ist notwendig, die abisolierten Kupferdrähte der geschweißten Drähte auszusortieren, um Probleme wie verzogene Kupferdrähte zu vermeiden, Grate, verstreute Kupferdrähte, und Kontamination mit Fremdkörpern.
Während des Ultraschallschweißprozesses, Die Drähte sollten vertikal überlappend angeordnet sein, und die Drähte mit großer Querschnittsfläche sollten nahe am darunter liegenden Schweißwerkzeugkopf liegen, um eine ausreichende Schweißung zu gewährleisten. Die Leiter sollten auf der Ambossoberfläche platziert werden, eng aneinander liegen, um nach dem Schweißen eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten. Die Länge der Leiterüberlappung sollte im Allgemeinen dazwischen liegen 5 mm und 7 mm. Wenn die Überlappungslänge zu kurz ist, Es ist schwierig, die Schweißfestigkeit sicherzustellen. Wenn die Überlappungslänge zu lang ist, Das Schweißende verzieht sich leicht, was es für den nächsten Prozess unpraktisch macht. Oxidation, gebrochene Drähte, Defekte und Aufschmelzungen der Isolationsschicht sind an der Oberfläche der Schweißverbindung grundsätzlich nicht zulässig. Das schematische Diagramm des Ultraschallschweißvorgangs ist in Abbildung dargestellt 3.

Figur 3, Schematische Darstellung des Ultraschallschweißvorgangs
Die Crimpproduktion für U-förmige Teile ist schnell und die Ausrüstung ist einfach. Grundsätzlich, Die Anzahl der Crimpdrähte sollte bei U-förmigen Teilen nicht überschritten werden 5. Die empfohlene Stapelreihenfolge der Drähte ist von dick nach dünn und von oben nach unten. Der Leiter sollte vollständig in den gecrimpten Teil des Stanzstücks gedrückt werden. Die Drahtenden sollten auf beiden Seiten des U-förmigen Stücks und der Länge sichtbar sein (C) von der Isolierung bis zum Stanzstück sollte nicht größer sein als 3 mm, und die Länge des aus dem Stanzteil herausragenden Drahtkerns sollte 0 ≤ B ≤ 1 mm betragen. Das schematische Diagramm des Crimpvorgangs für U-förmige Komponenten ist in der Abbildung dargestellt 4.

Figur 4, Schematische Darstellung des Crimpvorgangs für U-förmige Teile

3 - Zusammenfassung
Ultraschallschweißen hat einen geringeren spezifischen Widerstand, geringerer Spannungsabfall, bessere elektrische Leitfähigkeit und höhere Zuverlässigkeit als beim Crimpen von U-förmigen Teilen, aber es erfordert eine große Investition in die Ausrüstung, der Schweißkopf ist teurer, und es kann keine plattierten Metalle schweißen. Das Crimpen von U-förmigen Teilen hat ein breiteres Anwendungsspektrum als das Ultraschallschweißen, und die Ausrüstung ist einfach und leicht zu bedienen. Jedoch, U-förmige Teile verbrauchen viele Verbrauchsmaterialien. Im Vergleich zum Ultraschallschweißen, U-förmige Teile haben einen höheren spezifischen Widerstand, größerer Spannungsabfall, schlechtere Leitfähigkeit, und schlechtere Zuverlässigkeit. . Hersteller von Kfz-Kabelbäumen sollten eine umfassende Bewertung dieser beiden Kabelverbindungsmethoden durchführen und angemessene Konfigurationen vornehmen. Jedoch, Ultraschallschweißen, als neue fortschrittliche Schweißtechnologie, hat offensichtliche Vorteile wie überlegene Leitfähigkeit und Umweltschutz, und ist die Entwicklungsrichtung der Automobilkabelbaumherstellung.