特約作者：陳奇
摘要
1. 通過實際的案例分析，讓大家了解壓接標準上的壓縮比參數對於產品的溫升電氣性能的重要影響；
關鍵詞：案例分析，壓縮比，溫升；
眾所周知，壓接對於線束產品的機械，電氣和物理性能有很多直接或者間接性的影響。壓接的一個核心標準就是壓縮比。只是這個參數不是一個可以直接得到的參數，不像壓高和壓寬可以通過卡尺之類的測量工具直接測量出。不管是壓高壓寬等參數，其實核心也同樣是為了管控壓縮比。而截面上的空隙管控，也同樣是為了微觀精準管控壓縮比。關於壓縮比與其他參數的關係，在相關文章中已經有比較詳細的闡述，所以此處不再贅言。此文主要是以一個案例來實際展示壓縮比對於大平方電纜壓接的溫升影響；
A 線束廠製作了一批充電座高壓線束，充電座對應的端子為 70 平方（承載電流 250A）的。其物料基本參數和基本信息如下：
1. 端子：OD*ID:16.5*12.5mm（理論截面積為 91.11mm^2），如圖 1：
圖 1：端子截面尺寸圖
2. 線纜：70 平方（0.2*2257）（理論截面積為 70.91mm^2）；
根據上述參數，並使用幾何關係可以分別求出端子壓接處和線纜的理論截面積分別為 91.11mm^2和70.91mm^2，因此得出的初步結論是：不管是端子還是線纜，根據載流係數關係確認，兩者相互匹配且都是能滿足 250A 大電流的；這就首先已經排除了物料規格與需求之間的不匹配的原因。而且該產品為充電座線束，因此使用大電流既是工作常態也是其必備的核心性能指標，後續的溫升測試一定會成為一個關鍵性的重要檢測項目；
3. 該廠使用的是單粒的六邊型壓接模，非免換模的正六邊形。為了確保其端子保持力足夠，因此還在上下模上各設計了一個梯形凸臺。因此最初的模具尺寸如圖 2 所示：
圖 2：改善前的壓接模具尺寸圖
完成後的壓接效果和外觀如圖 3 所示：
圖 3：端子壓接外觀圖
其不良的內容如下：
1. 壓接面不光滑，表面褶皺；
2. 電鍍層破壞，隱約可見泛紅的端子材質本身色彩（見壓接處邊與非壓接處的過渡區域）；
3. 上下合模有錯位，導致幾個壓接邊連接處有明顯段差；
4. 刀模倒角太小或者未打磨處理，壓接處邊界過渡特徵幾乎沒有，導致端子外層破損；
5. 以上不良均為次要內容，而最主要的是電氣性能方面的不良：而且由於條件原因，產品也未做相關檢測確認而直接發貨至客戶。但是客戶將此批產品進行 3H的溫升測試，發現其中的溫升變化如圖 4和圖 5曲線所示：
DC 線路的溫度在 90~110℃，溫升在 90-25=65K,110-25=85K；所以溫升 65~85K，超過了 55K 的標準， 也超過了客戶的要求。
圖 4：直流充電座 DC溫升圖
圖 5：直流充電座AC溫升圖
眾所周知：
1. 實驗室測試的環境是開放式的，其散熱條件也遠遠優於實際的車內使用的封閉環境；
2. 實驗室測試時產品周邊也沒有其他的發熱元件的影響等因素。而現實中卻是多根大電流發熱線一起組裝在一個相對比較封閉的環境下。
如果常溫為 25℃狀態下，再將這些因素均考慮入內，產品的發熱量還會增加，溫升也會增加30%~40%。屆時該產品的溫升會達到 115~135℃，而這個溫度也接近甚至超過了產品上很多物料的耐溫極限。而這樣高壓大電流的產品使用在車輛上，因此對車輛上的乘客與司機等人生安全有著非常大的安全隱患。最近幾年，隨著新能源車輛的投放數量增加，市場上經常會報導發生的車輛自然之類的新聞，已經引起了大家的關注。因此這樣的不良是最高等級的安全等級風險，必須進行整改：
將端子從壓接處剖開發現：截面上有很多的空隙，如附圖 6：
圖 6：改善前的端子剖面圖
同時再根據前面的模具參數參數與壓縮比公式，我們可計算出壓縮比達到 94.38%，遠遠高於 80%的標準。這也是壓接截面處的銅絲之間有很多空隙的根本原因。所以就必須調整壓接高度和壓縮比；
雖然不良原因已經發現了，但是仍然有個疑惑：刀片設計是該司技術人員定義的，因此，壓接尺寸過大的的原因何在，是對壓接標準與壓縮比的不清楚，還是設計計算失誤，還是實際的模具製作有問題？與該司技術人員進行再深入了解發現：
1. 本人是知道壓接有此規格標準要求；
2. 而且也知道此標準的數據為 80%左右。但是卻又和現實中的實際壓縮比為高達94%相差甚遠。再追問和了解才發現其中的根本原因：
2.1 他們對壓縮比的公式沒有真正完全理解：他認為所有的計算都是圍繞著銅絲導體來計算的，因此核算和確定壓縮比時，還把壓接後的端子進行解剖，而只去測量和確認內部壓接後的導體參數；（幸好端子與銅絲均為同系列的材質，因此兩者的變形量差別不大，否則，同樣也會將其帶入歧途。具體的原因分析還是可以參照該文《端子壓縮比標準研究與討論》）
2.2 最關鍵的點：使用了 DG某廠的簡易式壓縮比計算公式，如圖7。
圖 7：壓縮比簡易式算法
由於該技術員對此計算緣由和方法不甚了解，所以也無法了解到這個公式如何推算出來，其使用條件和範圍如何等等，也就無法直接進行判定此算法的正確性與準確性，而只能將這個公式與常規的幾何算法進行對比驗證，畢竟常規的幾何關係算法是經過千百年來所驗證和大家認可的定理。採用了一個最簡單的正六邊形壓接的模擬數據來進行對比，其結果如表1 所示：
表 1：簡易法與常規法的壓縮比差異對比表
由上表知：
1.當常規方法為 80%時，簡易法的結果卻僅有 74.12%，而且按照此方法的標準是不良的；
2.當常規方法為 94%時，簡易法的結果卻僅有 80.35%，而且按照此方法的標準是下限，剛好達到了允收範圍；
3.當常規方法為 120%時，簡易法的結果卻僅有 90.78%，而且按照此方法的標準是上限，也達到了允收範圍；
根據以上可以得出以下結論：
1.如此大的偏差：隨著壓縮比變大，誤差從 6%增大至 30%；
2.而且常規法計算合適的，簡易法卻不認可；而常規法計算不合適的，簡易法卻判定合格；按照簡易法的標準是在 80%~90%，但是按照常規法計算出來的壓縮比則是 94%~120%，這是遠遠超出了接受範圍；
根據以上兩個根本性的原因，可以得出以下結論：簡易法不管是在準確性還是在正確性上都不適合，因此還是必須回到傳統的常規法來進行模擬演算：來重新調整CH 以此來降低壓縮比。
改善後的方案和刀片尺寸如圖 8 所示：
1.降低壓高從以前的 13.86mm降低為當前的 12.40mm；
2.而相鄰兩對比的壓接高度調整為 13.30mm（其內的上下凸臺特徵與尺寸仍然未變化）；
3. 改善後的刀片尺寸圖如下所示：此時的截面積就從以前的 152mm^2降低為 132mm^2，壓縮比也從以前的 94.38%降低為 81.51%（考慮到實際壓接出的效果四周帶圓角，因此，最終的實際壓縮比會在 80%， 非常接近理論的中心標準）。
圖 8：改善後的壓接模具尺寸圖
改善前後的信息數據收集以及對比如表2 所示:
表 2：改善前後方案數據對比
備註：表中的六邊形面積，最簡單的辦法是可以用 CAD 直接測量得出，也可以根據定義出的尺寸與幾何關係計算而來；
4.對改善後產品進行實際溫升測試，其效果立馬見效：
1.溫升從前面的 100℃降低至目前的 60℃左右，溫升只有 35K~40K，遠遠低於 55K的標準。如下圖所示：
圖 9：壓接改善後的溫升圖
2.進行剖面檢查，此時的壓接處的截面中的各銅絲也是呈現蜂窩型的緊密排布，沒有空隙。如下圖所示；
圖 10：改善後的壓接截面圖
通過整個案例分析可以總結得出：
1. 大平方壓接中的壓縮比對於產品的溫升性能有著直接和重大顯著影響；
2. 失效的根本原因是對壓縮比的認識和掌握不熟悉，不紮實，導致最終的使用時出現錯誤；
3.同時，對於一個新的陌生的計算公式或演算方式，在未了解其前因後果與其應用範圍，也未得到驗證 和實際確認前，忌輕易使用。否則容易把自己帶入坑中，而無法自拔；
人生對於知識的了解要經歷以下三個階段：
1. 「知其然」：知道有怎樣結果和要求；
2. 「知其所以然」：知道為什麼會有這樣的結果和要求；
3. 「知其何以為然」：知道怎樣才才能達到或出現這樣的結果；
經歷了以上三個認識層面的境界，那麼知識才能串聯在一起，成為一個整體系統，才能知道其中的來由去往，才能知道它的未來走向，也就更能知道怎樣去駕馭和控制，而達到為你所用的地步；
參考文獻：
[1]《電動汽車用高壓大電流線束和連接器技術要求 》徵求意見稿 20170505
[2]《端子壓縮比標準研究與討論》陳奇，-2020：
[3]《利器，助你事半功倍(設計篇)-(2)-六邊壓接模具設計》陳奇，-2020：