雙排延長線插座一體式銅條的設(shè)計及產(chǎn)業(yè)化

諸葛繼亮 華慈東 皮世平 韓英強

（公牛集團股份有限公司 慈溪 315314）

引言

傳統(tǒng)的延長線插座行業(yè)市場競爭依舊激烈，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)為提高產(chǎn)品市場競爭力，除了不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)、增加功能、優(yōu)化產(chǎn)品造型外，也通過提高生產(chǎn)制造效率和在不影響產(chǎn)品性能的前提下通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式減少材料用料，以降低產(chǎn)品成本。

銅條作為插座中最為核心的零部件，在實際使用過程中承載著連接、夾緊的作用。而在生產(chǎn)制造中，銅條的裝配是非常重要的一道工序，而傳統(tǒng)的雙排延長線插座由于同時需要各兩根L、N、E極銅條才能連接成對應(yīng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，這極大的增加了裝配工時，同時也加大了銅材料的用料。另外，同極銅條之間均需要通過跳線連接（如圖1），這導(dǎo)致雙排式插座的組裝步驟較為繁瑣，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，組裝效率低，而且人工操作導(dǎo)線焊接易出現(xiàn)虛焊、漏焊等問題，甚至出現(xiàn)由焊接操作不當(dāng)引起的短路等危及人身財產(chǎn)安全的問題。

圖1 現(xiàn)有分體式銅條結(jié)構(gòu)

為解決上述生產(chǎn)存在的問題點,提高用戶使用過程中的安全性，同時最大程度的降低產(chǎn)品成本，新型一體式銅條的雙排插座的研究便應(yīng)運而生。

1 雙排延長線插座一體式銅條設(shè)計

1.1 原則

將雙排延長線插座同極導(dǎo)電條（插套）設(shè)計成一個整體，取消跳線連接，減少焊錫點。要求將兩根L極、N極和E極三種導(dǎo)電條設(shè)計為一體式，同時滿足：

1）L極、N極和E極三種導(dǎo)電條之間爬電距離均大于等于4.5 mm（GB/T 2099.1要求大于3 mm）；

2）采用標準化設(shè)計原則，兼容不同類型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求，盡量減少銅條種類；

3）模具制作及加工成型簡單，裝配便利。

1.2 設(shè)計關(guān)鍵

一體式銅條設(shè)計的關(guān)鍵包括：

1.2.1 一體式銅條整體布局及結(jié)構(gòu)設(shè)計

我們選擇了一種最常見的三位大雙排產(chǎn)品，孔型布局如圖2，那么該如何設(shè)計該孔型插座的銅條結(jié)構(gòu)？

圖2 三位大雙排延長線插座孔型布局

1）銅條主通道（主干）位置的布局：

該布局存在如下幾種可能：

①E極導(dǎo)電條主通道居中，N/L極導(dǎo)電條主通道同時位居兩側(cè)如圖3；

圖3 主通道布局一

②E極導(dǎo)電條主通道居中，N/L極導(dǎo)電條其中一極主通道位居一側(cè)，另一極主通道位于E極導(dǎo)電條下面如圖4；

圖4 主通道布局二

③N/L極和E極導(dǎo)電條主通道均位于雙排延長線插座居中位置且垂直分布如圖5。

圖5 主通道布局三

如上三種主通道布局方式哪種更合理呢？

方案①中N或L極導(dǎo)電條主通道分別位于插座兩邊，考慮到插套同極性問題（ N或L極導(dǎo)電條對排插套連接是交叉的），這樣設(shè)計產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差、模具成型也非常困難，方案②存在同樣的問題。

基于模具加工制作的難易度，沖壓成型的穩(wěn)定性，成本的高低等綜合分析考慮，采用方案③(將L極、N極和E極三根主通道上下布置在插座的中間) 更為合理。即E極導(dǎo)電條主通道放置在最上面，N/L極導(dǎo)電條依次放置在E極導(dǎo)電條的下面。那么不同極性間的爬電距離應(yīng)設(shè)計為多少？支干的插套又該如何選擇？

2）爬電距離

國標GB/T 2099.1中要求不同極性導(dǎo)電條間的爬電距離、電氣間隙均應(yīng)大于3 mm。因L極、N極和E極三種導(dǎo)電條主通道均位于雙排延長線插座正中，考慮到三根主通道在一個垂直面上，在實際的加工成型、包裝運輸中導(dǎo)電條可能產(chǎn)生變形，故爬電距離、電氣間隙的設(shè)計目標均需大于4.5 mm，并在主通道下方設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，防止產(chǎn)品在使用過程中因不同極性導(dǎo)電條距離過近導(dǎo)致短路等異常情況，真正做到萬無一失。

3）插套（支干）分布及結(jié)構(gòu)設(shè)計

①插套（支干）分布于主通道（主干）兩側(cè)。

②插套類型選擇

目前常用插套類型有3種：底部連接U型、R型、側(cè)面連接U型，如圖6所示。

圖6 三種常用插套類型

綜合下料、展開、成型等因素考慮，兩極插套選擇側(cè)面連接U型結(jié)構(gòu)，三極插套選擇R型結(jié)構(gòu)，E極插套選擇底部連接U型結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 N極銅條展開圖

這樣只要一根主通道與對應(yīng)的插套連接后形成同極性的一體式銅條，減少了用料（只需一根主干），同時也避免了采用跳線連接銅條的情況。

將上述三種不同極性的一體式銅條從上至下依次排布（上-中-下：E極-L極-N極），得到如圖8所示的一體式銅件整體布局[1]。

圖8 一體式銅條整體布局

圖9 模具排料圖

利用有限元分析軟件對上述三種插套進行插拔力、插套應(yīng)力、接觸面積三個維度的分析并不斷調(diào)整相應(yīng)尺寸，使R形插套、U形插套平均應(yīng)力在250～300 MPa之間，遠低于黃銅的極限屈服強度，插套單極插拔力處于6～10 N之間[2]。從理論的角度完全滿足相關(guān)性能要求，整體插拔力手感也為最佳狀態(tài)。

1.2.2 模具設(shè)計及加工工藝

銅條的沖壓模具采用先進的級進模形式（料帶經(jīng)過下料、折彎、成型工序一次成型），其零部件加工精度可達到3～5 μm，部分采用光學(xué)研磨等加工工藝，產(chǎn)品成型可靠性非常高。

2 相關(guān)測試及數(shù)據(jù)

上述延長線插座現(xiàn)已批量生產(chǎn)，經(jīng)實際驗證，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能指標均能滿足GB/T 2099.1中規(guī)定的絕緣電阻、電氣強度、溫升、耐老化、正常操作等性能要求[3]。

實驗室溫升測試插套處約15～20 K，遠低于國標要求的≤45 K；正常操做前單極插套吊重滿足3 N，正常操作后單極插套吊重滿足1.5 N；同時兩極整體拔出力為20～25 N，三極整體拔出力為40～45 N，整體插拔手感較為舒適。

3 生產(chǎn)組裝

在實際生產(chǎn)中可以明顯看出，新設(shè)計的延長線一體式銅條插座不僅在生產(chǎn)效率方面存在較大的提升，而且在產(chǎn)品高質(zhì)量的一致性[4]和安全性方面均較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的延長線插座存在明顯的優(yōu)勢。

3.1 生產(chǎn)效率提升

基于銅件數(shù)量由6根改為3根，跳線取消、焊點減少。組裝生產(chǎn)時只需將銅條輕松放入相應(yīng)位置即可，無需拍打或多余的動作，產(chǎn)品的直通率大大提升。經(jīng)車間組裝生產(chǎn)反饋，平均UPPH提升約8 %。

3.2 異常問題降低

實際生產(chǎn)中，新設(shè)計的延長線插座不僅在生產(chǎn)效率方面有所提升，而且在產(chǎn)品的一致性和安全性方面均較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的延長線插座有明顯優(yōu)勢，徹底杜絕了由焊跳線引起的虛焊漏焊等問題，避免了焊渣存在插座中而增加的檢驗和返工動作。

4 結(jié)束語

雙排延長線插座采用一體式銅條設(shè)計后，在制造生產(chǎn)方面，從源頭上完全取消了傳統(tǒng)的跳線連接，減少了焊錫點。在結(jié)構(gòu)和性能指標方面，產(chǎn)品均可滿足相關(guān)標準要求。在智能制造方面，為實現(xiàn)銅條的自動化裝配提供可能。

當(dāng)前該系列雙排延長線插座已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，從產(chǎn)線反饋情況來看，裝配效率得以大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量一致性得到改善；從經(jīng)銷商反饋的客退數(shù)據(jù)來看，新設(shè)計的一體式銅條插座客訴問題點較分體式銅條產(chǎn)品明顯減少。

本文主要從設(shè)計角度對雙排延長線插座整體銅條提出一種解決方案，希望能起到拋磚引玉的作用，如有不足之處歡迎交流指正。