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连接器技术之---9.3 卷曲连接变形，冷焊及残余应力

连接器技术之---9.3 卷曲连接变形，冷焊及残余应力
      根据上述可知，金属接触区域以及它们对电气及机械性能的影响方面的发明背景主要考虑卷曲连接。在应用中，当连接点受到外力时，卷曲连接点的性能便依赖于金属接触区域的完整性。这种影响会带来两种不同的现象，金属接触区域的发明的实现需要靠已在**章中所揭示端子表面的严格结构的冷焊来实现。分布在卷曲连接点的合适的残余应力使保持冷焊点的完整性变为可能。各个相互联系的独立的冷焊点很小，因而其强度也受到限制。当所有的焊点能保持其受到的力时，它们的整体强度就很巨大了。残余应力通过使冷焊连接点一起发生作用可以实现卷曲连接的这种性能，为了理解残余应力及残余应力对卷曲连接的作用，仔细地去了解卷曲过程中变形的机理是必要的。
        9.3.1 卷曲过程中的变形机理
        从简单的观点来看，芯线束和crimpbarrel 在卷曲时其直径及长度方向都发生变形。在变化过程中，直径方向变形的结果是，芯线束的横截面从圆形变成了先前图9.1所显示的变形形状，由于表层薄膜的分解从而暴露出的完全新的表层，在这种导线束结构变化的变形过程中辅助产生了冷焊。芯线束之间及芯线束与crimpbarrel 之间存在着力及微量位移，这些新的表层产生了期望的冷焊。长度方向变形的结果是导线沿crimp barrel长度方向延伸的结果，这些变形的同时会产生冷焊，因为接触区域的表层薄膜会延伸及分解并产生了新的自由表层。这些可能在设计时就存在的同样的变形特性可以使期望的残余应力之分布得到改善并能保持冷焊点的完整性。当卷曲变形结束及拿走制造工具后会产生回复弹性，利用它可以控制残余应力的分布。由于在卷曲时产生了大量的塑性变形，因而通常有一个变形的弹性组成部分，其在变形后拿走治工具时会生回复及回弹。这两点机械特性在很大程度上决定了卷曲连接的性能，当然它们也可以独立地去考虑。连接器技术之---9.3卷曲连接变形，冷焊及残余应力
        9.3.2 冷焊
       如**章所讨论的，冷焊发生当金属表面十分接近以致于在接触的表面形成原子键来提供相互的粘着力。由于这些原子键，金属表面膜会被破坏和转移。前述讨论的径向与轴向的变形产生这种破坏。冷焊可能是由于此种原因而产生的。在卷边连接过程中的冷焊连接已经被Labonney注意到并由Mroczkowski 与Geckle 所检证。在参考文献4 中，论证了冷焊可以通过记录在导体和导体与卷边间之间
的材料转移来验证。如此的转移要求其表面与原始接触表面分开，这被认为表明了连接形成于相互接触的材料之间，而不是基体金属上，如**章所讨论磨损过程。为了论证卷边过程中的转移，以铜与银导体的复合导线被卷边，运用标准的接头与工具，卷成一黄铜卷边接头。在此系统中，转移的机会存在于铜、银及黄铜之间。参考文献4中给出了许多冷焊的例子，其中的一个例子就已经够了。图9.18中显示了铜和黄铜对于银导体的转移。之所以这个例子被选中是由于它显示出了较硬材料（铜与黄铜）对于系统中*软部分（银）
的转移。此项例子表示出冷焊确实在卷边连接中发生。这样就顺序地验证了所要求金属接触表面的存在。
       9.3.3 残余应力
     如前面所提到的，残余应力的作用是维持在外加载荷作用下冷焊处的稳定性。残余应力卷边筒／导体所组成的系统之径向与轴向变形所产生。图9.19大略地表示了这些应力，尽管真实的应力分布要比图中所示复杂的多。径向与轴向的残余应力的大小与分布有很大不同，这可能是由于不同变形运动所导致的。尽管在卷边过程中导体与卷边筒都会产生塑性变形，但变形中也存在弹性的部分。卷边连接之残余应力是卷边工具移走后卷边筒与导体在径向及轴向的不同弹性回复或回弹所产生的结果。在径向，当卷边筒发生弹性回复时产生残余应力分布，在自由状态，卷边筒比导体的回弹量小一些。如果是这样，则卷边筒会产生对导体的压力以保持冷焊处完整与协作性。理论径向残余应力分布依赖于材料性能，特别是弹性模量与屈服弹度，以及卷边筒的几何形状。卷边筒的几何尺寸和其厚度都对回弹性能有影响。导体的回弹由导线的尺寸和其股数决定。轴向残余应力比径向残余应力更容易解释。轴向应力由于导体与卷边筒的相互挤压而产生。当卷边力移除后，导体与卷边筒将产生弹性回复。再次，理想条件是卷边筒的弹性回复比导体小。在这种情况下，有一个附加的设计选项可用。卷边工具可以设计成锯齿状，所谓的Bell-mouth(如图9.20 所示)通过由锯齿产生的高值磨擦力来限制导体的回缩。这就在Bell-mouth处位于导体与接头之间产生了一个残余应力。在卷边中的残余应力的计算很复杂，涉及弹性变形、高值磨擦力和复杂
的几何形状。然而，随着有限元模型程序的应用能力在不断增强，模拟简单卷边连接和卷边过程已成为可能。Mroczkowki、Gecklet和Ling 直接address模型的残余应力。图9.21，是参考文献5 中的第15图，表示了卷边连接中残余应力的存在状况。*低的等应力线代表的应力值为4000psi。这些应力通过卷边连接模型的变形计算得到，根据当卷边筒和导体移走后发生的回弹模型。计算应力由两种回弹量不同所获得。这些应力的大小与位置以及相关的残余应力，依赖于前述卷边筒与导体的特性，也包括卷边的几何形状。因为其复杂性，所以只有在卷边中须保持冷焊的完整性时才会去创造一些残余应力，这一点是须特别声明。图9.21显示了在卷边筒中压缩残余应力
的分布。在bell mouth 附近的残余应力如预期的一样，得到了前述的磨擦效果。
       9.3.4 卷曲变形和卷曲连接性能的总结
       卷曲连接在电和机械方面的性能取决于对导体和卷曲桶的变形的控制。变形的控制是卷曲系统的一个结果：(aresult)导体，卷曲桶和卷曲工具。在变形过程中，产生的微小的冷焊金属结点提供了导体和卷曲桶间的电导率。冷焊也提供了机械强度，不过有利的(favorable)残余应力分布对于确保冷焊的机械完整性是必需的。残余应力的分布也取决于卷曲系统。连接器技术之---9.3卷曲连接变形，冷焊及残余应力

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