Terminali a crimpare: tipi, qualità di crimpatura e produzione di terminali stampati

Un negozio di cablaggi ha recentemente scartato duemila connettori crimpati che avevano superato l'ispezione visiva ma non avevano superato un test di trazione di sessanta secondi a 80 N. Il codice prodotto era corretto, il filo era il conduttore specificato da 1,5 mm2 e la stessa pressa da banco aveva eseguito quel lavoro per tre anni. La differenza deriva da uno spostamento di 0,06 mm nel diametro del cilindro del filo di un lotto di produzione, sufficiente a spingere la compressione dei trefoli al di fuori dell'intervallo in cui il rame si fonde in un giunto solido.

La qualità della crimpatura viene decisa da tre elementi che devono corrispondere: il cilindro del terminale, il filo e l'attrezzatura. Quando corrispondono, un terminale adeguatamente crimpato sostiene un carico maggiore del cavo stesso e rimane stabile per decenni. In caso contrario, nessuna attenzione da parte dell'operatore potrà compensare. Le sezioni seguenti spiegano come realizzare quell'abbinamento deliberatamente anziché per fortuna.

Cosa fa realmente un terminale a crimpare

Un terminale a crimpare è un contatto metallico stampato con due aree di lavoro. Il cilindro del filo è il tubo che riceve il conduttore spelato. Il supporto dell'isolante, quando esiste, è una seconda coppia di linguette che fa presa sull'isolante anziché sul rame.

Una crimpatura corretta non si limita a bloccare il filo. La matrice comprime il cilindro di circa il 20-30% della sua altezza originale, costringendo i singoli fili e la parete del cilindro a confluire l'uno nell'altro e formare una saldatura a freddo. Il risultato è un giunto a tenuta di gas senza percorso di ossigeno verso il rame, motivo per cui una buona crimpatura resiste alla corrosione anche nei vani motore umidi e negli armadietti di controllo esterni.

Standard come UL 486A e IEC 60352-2 descrivono il giunto in base alle prestazioni piuttosto che alla geometria. A loro non interessa la forma del terminale, ma solo che la connessione finita sopravviva ai test di trazione meccanica, caduta di tensione, cicli termici e corrosione. Questo è esattamente il motivo per cui le dimensioni del cilindro, la tempra del materiale e lo spessore della placcatura contano più dell'aspetto del terminale finito.

Principali tipi di terminali a crimpare e dove si adatta ciascuno

La maggior parte dei progetti richiede solo due o tre delle famiglie seguenti. La terza colonna elenca i punti che causano la maggior parte dei resi di produzione e dei guasti sul campo.

La regola pratica è semplice. Scegliere prima lo stile di connessione, in base alla frequenza con cui il giunto deve essere aperto, quindi scegliere lo stile a cilindro, in base alla classe del filo e alla corrente. Acquistare solo in base all'apparenza o al prezzo di solito sposta il problema alla stazione di crimpatura.

Fattori di selezione che decidono se il giunto sopravvive

Compatibilità dei cavi

La dimensione del conduttore da sola non è sufficiente. Due fili da 1,5 mm2 possono essere costruiti da sette fili da 0,52 mm o da trenta fili da 0,25 mm, e la classe più fine necessita di un cilindro e di una filiera diversi. Una scheda tecnica utilizzabile indica una gamma di fili in mm2 o AWG insieme a una gamma di diametri di isolamento. Se il conduttore spelato rimane allentato nel cilindro prima della crimpatura, o non può essere inserito senza allargare i trefoli, il cilindro è sbagliato per quel filo.

Isolati o non isolati

I terminali isolati scambiano la capacità di corrente e la temperatura nominale con velocità e sicurezza al tocco. Le maniche in vinile sono generalmente classificate a circa 75 gradi Celsius, in nylon a 105 gradi Celsius e le versioni termoretraibili ancora più elevate. In prossimità dell'hardware dello scarico, delle linee dei freni o dei supporti del motore, il materiale del manicotto spesso si degrada prima del giunto metallico, quindi la valutazione del manicotto dovrebbe essere letta come un limite di processo reale piuttosto che un numero di marketing.

Ambiente e carico meccanico

Vibrazioni, nebbia salina e cicli termici cambiano la risposta. Un terminale ad anello su un perno di dimensioni adeguate con una rondella di bloccaggio sopravvive alle vibrazioni che affaticherebbero un terminale a forcella. Una disconnessione rapida esiste proprio perché può essere smontata, quindi non appartiene a nessun luogo in cui la connessione non deve mai spostarsi.

Materiale e placcatura

Il rame elettrolitico è il valore predefinito per la conduttività, l'ottone è più rigido ed economico e il bronzo fosforoso appare dove la forza della molla deve essere mantenuta. La placcatura in stagno copre la maggior parte delle esigenze di corrosione e saldabilità, mentre l'argento è riservato a resistenze di contatto molto basse o temperature elevate. Questi compromessi sono tecnici piuttosto che commerciali e il ragionamento alla base è illustrato in questa guida come scegliere i materiali adatti per le parti stampate in metallo .

Crimpatura buona e cattiva crimpatura: cosa ispezionare

Il controllo più affidabile in officina è ancora la misurazione dell'altezza di crimpatura con un micrometro attraverso il cilindro del filo, rispetto al valore riportato sulla scheda tecnica dell'attrezzatura. I controlli visivi vengono in secondo piano, ma rilevano gli errori che la sola misurazione può ignorare.

• Bocca a campana: l'estremità della canna dovrebbe svasarsi leggermente, dimostrando che il dado ha compresso anziché tranciato la canna.
• Fili tagliati: qualsiasi filo tagliato da un bordo affilato della fustella riduce la resistenza alla trazione e può fungere da avviatore di crepe.
• Supporto isolante: l'isolamento deve trovarsi appena fuori dalla canna e all'interno delle linguette di supporto senza essere pizzicato o tagliato.
• Coda del conduttore: circa 0,5 - 1 mm di conduttore dovrebbero estendersi oltre l'estremità del cilindro sui terminali piccoli.
• Pull test: il valore deve soddisfare la scheda tecnica del terminale. Una crimpatura fallita di solito mostra una rottura parziale del filo piuttosto che un'estrazione netta.
• Tolleranza interna dell'altezza di crimpatura: generalmente più o meno 0,05 mm per fusti piccoli, più stretta rispetto alla maggior parte dei lavori di lamiera generici.

Quando una linea inizia a fallire i test di trazione, la causa è quasi sempre una delle quattro cose: la matrice sbagliata per il cilindro, una lunghezza di spelatura che lascia rame nella crimpatura dell'isolamento, lotti di terminali misti provenienti da cicli di produzione diversi o attrezzature che hanno superato l'intervallo di manutenzione.

Come sono realizzati i terminali a crimpare

I terminali sono prodotti mediante stampaggio a stampo progressivo, non tramite fusione o lavorazione meccanica. Una bobina di nastro di rame o ottone, solitamente spessa da 0,3 a 1,0 mm e spesso preplaccata, scorre attraverso una matrice che progressivamente trancia, fora, forma la canna, forma la linguetta e taglia libera la parte. Il cilindro viene arrotolato in un cilindro attorno ad un mandrino, quindi la sua rotondità, diametro interno e spessore della parete dipendono direttamente dalle condizioni della matrice e dalla consistenza del nastro.

È qui che l’accumulo di tolleranza diventa costoso. La curvatura del nastro, la variazione di spessore, l'usura dello stampo e lo spessore della placcatura spostano tutti il ​​diametro finale della canna. Un fornitore che ispeziona solo il profilo esterno può comunque spedire terminali che si guastano alla stazione di crimpatura, perché le dimensioni critiche si trovano all'interno del cilindro e attorno alla linguetta anziché sul bordo esterno. Lavori di questo tipo necessitano di calibrazioni di processo, non solo di ispezioni finali.

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I passaggi di formazione meritano la stessa attenzione. I terminali a bandiera piegati di novanta gradi dopo la crimpatura, i capicorda con linguette sagomate e i contatti a molla che devono mantenere la forza per anni dipendono tutti dai raggi di curvatura e dal controllo del ritorno elastico, perché una caratteristica formata che si rilassa di pochi decimi di millimetro modifica la forza di accoppiamento della connessione finita.

Alette a canna chiusa e altre parti imbutite

Non tutti i terminali iniziano come flat strip. Le alette chiuse, i manicotti tubolari e le estremità dei cavi della batteria spesso iniziano come un guscio disegnato, dove un pezzo grezzo piatto viene formato in una tazza e poi ridotto in diversi passaggi fino a quando la parete raggiunge lo spessore richiesto. Il disegno fornisce un cilindro senza giunture senza cuciture da aprire sotto corrente elevata, ma significa anche che lo spessore della parete varia leggermente tra la base e il bordo e tale variazione influisce direttamente sul modo in cui il cilindro si deforma durante la crimpatura.

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Per una canna trafilata, le specifiche del disegno dovrebbero indicare lo spessore della parete nella zona di crimpatura anziché la media, più la concentricità rispetto alla canna. Due fresatrici possono entrambe raggiungere una parete di 1,0 mm e fornire comunque parti che si crimpano in modo diverso, perché una mantiene 1,0 mm alla base e 0,9 mm sul bordo mentre l'altra fa il contrario.

Specifica di terminali personalizzati e contatti timbrati

Il lavoro personalizzato diventa necessario quando il catalogo standard smette di corrispondere alla realtà: un modello insolito di perni, un cilindro dimensionato per una classe di filo che nessuno immagazzina in un terminale di magazzino, una placcatura necessaria per una specifica esposizione chimica o una linguetta sagomata che deve adattarsi a un alloggiamento esistente. Una richiesta completa dovrebbe contenere quanto segue.

• Un disegno con tutte le dimensioni critiche, che contrassegna separatamente la zona di crimpatura e le caratteristiche di accoppiamento.
• La struttura del filo, compreso il numero di trefoli e il diametro dell'isolamento, non solo la sezione trasversale.
• Materiale e stato del nastro, più tipo di placcatura e spessore in micrometri.
• Volume annuale, dimensione del lotto e se la parte verrà eseguita in una campagna o in modo continuo.
• Requisiti di test come valore di attrazione, caduta di tensione, ore di nebbia salina o cicli di calore.
• Formato dell'imballaggio, soprattutto se le parti alimentano una macchina aggraffatrice automatica.

L'utensileria è la parte della citazione che merita la lettura più attenta. Un fornitore che gestisce un proprio reparto stampi può regolare il diametro del cilindro dopo la prima prova di crimpatura, mentre una società commerciale può inoltrare il reclamo solo a monte, il che di solito significa che la correzione arriva con una spedizione di ritardo. Questa differenza nei tempi di risposta è la ragione principale per cui gli acquirenti cercano una fabbrica personalizzata di stampaggio e imbutitura di metalli piuttosto che un rivenditore per questo tipo di contatto.

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Domande comuni sui terminali a crimpare

I terminali a crimpare necessitano di saldatura dopo la crimpatura?

No. Un giunto dimensionato e crimpato correttamente non necessita di saldatura. La saldatura irrigidisce l'area del trefolo in cui il filo lascia il cilindro e quella sezione irrigidita è il punto in cui iniziano le crepe da fatica nelle applicazioni vibranti. La saldatura riguarda i connettori a scodellino e alcuni fili di dimensioni molto piccole, non una crimpatura adeguata.

Come posso sapere se una crimpatura è buona?

Misurare l'altezza di crimpatura sul cilindro del filo, verificare che rientri nella tolleranza dell'attrezzatura, quindi controllare la scampanatura, il supporto isolante e tutti i fili tagliati. Terminare con un pull test al valore indicato nella scheda tecnica del terminale. Tutti e tre i controlli insieme, non uno solo.

Uno strumento di crimpatura può funzionare con ogni tipo di terminale?

No. Le filiere sono adatte alle dimensioni del cilindro, al tipo di cilindro e alla gamma di fili. Uno strumento a cricchetto può coprire una gamma di terminali isolati, ma utilizzarlo su una famiglia di cilindri diversa produce giunti che sembrano chiusi e che comunque non superano i test.

Considerazioni finali

La maggior parte dei problemi di crimpatura sono problemi di specifica che compaiono successivamente come problemi di produzione. Fissare la classe del filo, il cilindro, la placcatura e l'attrezzatura come un'unica decisione, quindi verificare il giunto con la misurazione anziché con l'apparenza. Questo approccio costa alcune ore in fase di disegno e fa risparmiare interi lotti di produzione nella stazione di crimpatura.