Штампованные обжимные и паяные лепестки: проектирование соединения
Краткий ответ: проектируйте соединение до лепестка. Обжимной лепесток требует гильзы, размер которой соответствует диаметру зачищенной жилы, контролируемой высоты обжима, сжимающей жилы провода на 15–25%, и испытания на усилие вырыва для подтверждения; паяный лепесток требует покрытия, сохраняющего смачиваемость, — обычно олово поверх никелевого барьера, — а также отверстия или паза, через который затекает припой. Оба начинаются как одна и та же штампованная деталь: полоса латуни, фосфористой бронзы или меди толщиной 0,15–1,2 мм, вырубленная и сформованная в прогрессивном штампе с точностью ±0,05 мм. Металл — это простая часть; соединение — то, где лепестки выигрывают или проигрывают.
Лепесток — это штампованный металлический язычок, который заканчивает провод, элемент батареи или дорожку PCB в соединении, которое кто-то другой сделает позже — обжимом провода в гильзу или пайкой к плате. Поскольку лепесток дешёв, а соединение выполняется на следующем этапе, большинство отказов в эксплуатации связано с деталями, которые никто не указал: неверная толщина покрытия, гильза, подходящая под изоляцию провода, а не под жилы, или паяный лепесток, окислившийся при хранении до того, как его вообще припаяли. Это руководство описывает, что нужно указать на чертеже, чтобы соединение — обжимное или паяное — выжило.
Обжимные лепестки: соединение — это холодная сварка
Обжимное соединение работает за счёт пластической деформации: штампованная гильза сжимается вокруг жил провода, пока жилы не сварятся холодной сваркой друг с другом и со стенкой гильзы, исключая кислород. Хороший обжим газонепроницаем, поэтому нелужёные или слабо лужёные гильзы всё равно обеспечивают надёжные соединения на десятилетия. Качество определяют три переменные.
Во-первых, размер гильзы. Внутренний диаметр закрытой гильзы должен соответствовать зачищенному пучку провода — площади проводника, а не общему диаметру провода с изоляцией. Во-вторых, высота обжима: конечная высота обжатой гильзы, обычно сжимающая пучок жил на 15–25%, — это единственный наиболее контролируемый размер в обжимном соединении, задаваемый на обжимном инструменте. В-третьих, усилие вырыва: испытание на растяжение, при котором провод вытягивается из обжима, минимальное значение которого обычно указывается на чертеже клеммы. Вместо избыточной детализации микроскопических параметров большинство заказчиков указывают диапазон провода, высоту обжима или отпечаток матрицы и минимальное усилие вырыва, а затем проверяют на образцах.
Паяные лепестки: смачиваемость — это всё
Паяному лепестку не нужна деформация — ему нужна поверхность, которую расплавленный припой смачивает и к которой приваривается. Чистая медь смачивается прекрасно, но окисляется за дни. Поэтому паяные лепестки покрывают, почти всегда оловом, и поэтому спецификация покрытия важнее основного сплава.
Доминируют два правила покрытия. Олово должно быть достаточно толстым, чтобы пережить хранение — 2–5 мкм олова типичны для паяемых деталей, — и оно должно лежать на никелевом или аналогичном барьерном слое, когда основной металл — медный сплав. Без барьера медь диффундирует через олово, окисляется на поверхности, и лепесток желтеет или коричневеет и отказывается паяться — отказ, называемый ростом интерметаллида медь-олово. Никелевый барьер 1–2 мкм под 2–4 мкм олова — стандартная защита. Тип покрытия также важен: блестящее олово, матовое олово и оплавленное олово паяются по-разному, и покрытие должно пережить срок хранения детали до сборки. Наше руководство по покрытию штампованных контактов подробнее описывает, какое покрытие подходит какому соединению.
Выбор основного материала
| Сплав | Типичная толщина лепестка | Ключевые свойства | Типичное применение лепестка |
|---|---|---|---|
| Латунь C260 / C268 | 0,15–1,0 мм | Дешёвая, хорошая формуемость, умеренная пружинность | Лепестки батарей, общие обжимные клеммы |
| Фосфористая бронза C5191 / C5210 | 0,10–0,8 мм | Усталостная стойкость, контроль пружинения | Паяные лепестки с пружинным удержанием, лепестки реле |
| Медь C1100 / C1020 | 0,15–1,2 мм | Наивысшая проводимость, мягкая | Силовые лепестки, лепестки батарей для больших токов |
| Нейзильбер C7521 | 0,10–0,6 мм | Низкое переходное сопротивление, паяемость, серебристый | Лепестки разъёмов и приборов |
| Сталь, лужёная | 0,20–1,0 мм | Дешёвая и прочная, низкая проводимость | Заземляющие лепестки, конструктивные метки |
Проводимость и пружинность тянут в противоположные стороны: медь проводит лучше всех, но не имеет пружинности; фосфористая бронза держит форму, но проводит хуже. Лепесток, который также должен работать как зажим — удерживать батарею или ответный нож, — требует пружинной твёрдости и отличается по конструкции от лепестка, который только заканчивает провод. Если лепесток несёт ток непрерывно, выбирайте сечение исходя из тока и допустимого превышения температуры; как первое приближение, 1 мм² медного сечения несёт примерно 4–6 А при умеренном превышении температуры на открытом воздухе, и меньше, когда лепесток закрыт или покрыт покрытием с меньшей проводимостью. Это ориентировочные числа для планирования; тепловое испытание на прототипе решает вопрос.
Выбор размера лепестка — это вопрос тока, а не толщины. Для непрерывного тока определяющим пределом является превышение температуры: лепесток должен отводить тепло своих потерь I²R, поэтому полезное сечение зависит от длины лепестка, открытой поверхности и окружающего воздуха не меньше, чем от марки металла. Короткий, широкий, толстый лепесток работает холоднее, чем длинный узкий с тем же сечением, потому что излучает с большей поверхности. Для режима короткого замыкания лепесток должен выдержать до срабатывания защиты, что является расчётом I²t против тепловой массы лепестка. А когда лепесток — намеренно слабое место, предохранитель или термосвязь, штампованная геометрия проектируется так, чтобы плавиться при заданном токе, и допуск на ширину шейки становится функциональной спецификацией, которую штамп должен выдерживать по всей партии. Укажите на чертеже непрерывный ток, пиковый ток и длительность, температуру окружающей среды — и размер лепестка перестанет быть догадкой.
Что штамповка делает с соединением
Процесс штамповки формирует соединение так, как никогда не делает механически обработанная деталь. Зерно полосы идёт вдоль рулона, поэтому лепесток, сформованный поперёк зерна, гнётся с другим пружинением, чем сформованный вдоль него — штампы проектируются с учётом этого. Кромка среза оставляет заусенец с одной стороны и закат с другой, а заусенец на внутренней стороне обжимной гильзы или на краю паяной площадки может вызвать пустоту в галтели припоя или надрез провода при обжиме. Укажите максимальную высоту заусенца (0,03–0,05 мм — обычный предел) и, где это важно, с какой стороны допускается заусенец. Состояние штампа — часть качества соединения: изношенный штамп даёт непостоянную ширину лепестка и состояние кромки на миллионах деталей, поэтому критичные для соединения лепестки штампуются на обслуживаемом прогрессивном инструменте с регулярными размерными проверками — та же дисциплина, что описана в нашем руководстве по проектированию штампованных клемм.
После формовки лепестки обычно проходят вторичные операции: покрытие (барабанное или селективное), а иногда калибровку контактной зоны, прорезку канавок против затекания припоя или насечку оловянного слоя, чтобы припой не поднимался по гильзе провода. Это семейство послештамповых работ — там, где соединение действительно завершается, поэтому оно должно быть в предложении с самого начала — смотрите, что считается вторичной операцией, и планируйте её.
Обжим или пайка: какое соединение, какой лепесток
| Решение | Обжимной лепесток | Паяный лепесток |
|---|---|---|
| Типичное окончание | Многожильный провод, в формованной гильзе | PCB, шина или провод пайкой |
| Механизм соединения | Холодная сварка сжатием гильзы | Металлургическая связь через расплавленный припой |
| Ключевая роль покрытия | Антикоррозия; газонепроницаемое соединение допускает тонкое покрытие | Смачиваемость; толщина олова и барьерный слой критичны |
| Критичный размер | Высота обжима, внутренний диаметр гильзы, усилие вырыва | Толщина покрытия, срок хранения паяемости |
| Типичный контроль | Испытание на вырыв, измерение высоты обжима, поперечное сечение | Испытание на паяемость, баланс смачивания, визуальная галтель |
| Ремонт в эксплуатации | Повторный обжим правильным инструментом | Повторная пайка после очистки площадки |
Выбирайте по тому, как деталь собирается в производстве и обслуживается в эксплуатации. Обжим быстр, повторяем и не требует нагрева, поэтому жгуты проводов обжимаются. Пайка подходит для соединений на уровне платы и высокой плотности, где гильза не помещается. Некоторые лепестки делают и то, и другое — штампованный язычок, припаянный с одного конца и обжатый с другого, что просто означает соблюдение обоих наборов правил на одной детали.
Контрольный список чертежа для лепестковых деталей
Чертеж лепестка, пригодный для расчёта цены, указывает: основной сплав и твёрдость, толщину и допуск (толщина полосы ±0,02–0,05 мм типично), спецификацию покрытия с диапазонами толщины (например, «олово 2–4 мкм поверх никеля 1–2 мкм»), высоту и направление заусенца, диапазон провода для обжимных гильз или геометрию площадки для паяных лепестков, а также приёмочное испытание с минимальным значением — усилие вырыва в ньютонах для обжимных лепестков, критерии паяемости для паяных лепестков. Добавьте ток, который лепесток должен нести, и условия эксплуатации — и чертеж расскажет всю историю. Отправьте его на sc@bquq.com, и мы вернём расчёт инструмента и цены за штуку с комментарием по проектированию соединения там, где чертеж и физика расходятся, в течение 12 рабочих часов.
Часто задаваемые вопросы
В: В чём разница между обжимным и паяным лепестком?
О: Обжимной лепесток имеет формованную гильзу, которая сжимается вокруг провода для создания газонепроницаемой холодной сварки, подтверждаемой усилием вырыва; паяный лепесток — это плоский или с пазом язычок, покрытие которого смачивается расплавленным припоем. Базовая штамповка может быть похожей, но покрытие и критичные размеры различаются.
В: Почему мой лужёный паяный лепесток отказывается смачиваться после нескольких месяцев хранения?
О: Скорее всего, медь продиффундировала через слишком тонкий слой олова или без никелевого барьера, образовав окисленный интерметаллид медь-олово на поверхности. Укажите 1–2 мкм никеля под 2–4 мкм олова для медных сплавов и попросите поставщика провести испытание на паяемость, а не полагайтесь на внешний вид.
В: Какое усилие вырыва указать для обжимной клеммы провода?
О: Минимум зависит от калибра провода и конструкции гильзы; практичный путь — указать усилие, полученное из испытания на вырыв на заведомо хороших образцах, затем зафиксировать его в чертеже клеммы. Типичное коммерческое ожидание для качественного обжима — жилы провода рвутся раньше, чем обжим разъединяется, но именно указанный минимум обеспечивает ваша система качества.
В: Какой допуск может выдержать прогрессивный штамп на штампованном лепестке?
О: На полосе толщиной 0,15–1,2 мм контурные размеры обычно выдерживаются ±0,05 мм, а положения отверстий ±0,03–0,05 мм в хорошо обслуживаемом прогрессивном штампе, с более жёсткими значениями на критичных элементах за счёт конструкции штампа и датчиков внутри штампа. Формованные элементы, такие как гильзы, добавляют обычную вариацию пружинения, поэтому высота обжима контролируется на обжимном инструменте, а не только в штампе.
В: Может ли один штампованный лепесток служить и для обжима, и для пайки?
О: Да — многие лепестки батарей и заземления припаиваются с одного конца и обжимаются с другого. Проектируйте каждый конец по его собственным правилам и учтите, что покрытие должно удовлетворять обоим: достаточно толстое олово, чтобы оставаться паяемым, нанесённое на паяемую зону, тогда как обжимная гильза в основном нуждается в защите от коррозии и стабильных размерах.
Связанные ресурсы
- Руководство по проектированию штампованных клемм — геометрия, допуски и формуемость для клемм.
- Руководство по покрытию штампованных контактов — выбор покрытия, когда лепесток должен паяться, обжиматься и проводить ток.
- Вторичные операции штамповки — покрытие, калибровка и сборочные работы после штампа.
- О BQUQ — штамповочный завод ISO9001 в Дунгуане, работающий на прогрессивных штампах для клемм и контактов.
- Свяжитесь с нами — отправьте чертеж лепестка для 12-часового расчёта на sc@bquq.com.
Автор — инженерная команда BQUQ. BQUQ — сертифицированный по ISO9001 завод-источник в Дунгуане, Китай, объединяющий линии CNC-обработки, штамповки металла, изготовления пружин на заказ, радиаторов и цанг. Отправляйте чертежи на sc@bquq.com или WhatsApp +86 13713157787 для расчёта в течение 12 рабочих часов. www.bquq.com
