Bueno en caso de apuro: la física de las conexiones prensadas

Tenía un amigo que era técnico de ensamblaje de productos electrónicos para un gran contratista de defensa. Era un tipo de planta de producción que estaba resentido por los ingenieros con su sofisticado aprendizaje de libros que no podían resolver los problemas más simples. Afirmó que una asamblea no estaba pasando el control de calidad y que un grupo de chicos con corbatas no podían resolverlo. Se acercó sigilosamente para evaluar la situación y entregó su diagnóstico de dos palabras: "Mal engarce". El conector poco fiable fue reelaborado y el montaje pasó, para disgusto de los chicos de camisetas de manga corta.

Aparte de la lección objetiva de que la experiencia a veces supera a la educación, siempre me pregunté acerca de esa proclamación de “mal engarce”. ¿Qué podría salir mal con un engarce tan sutilmente con un circuito que desconcertara a los ingenieros? ¿Cómo es posible que podamos confiar en una tecnología tan simple para conectar gran parte del mundo moderno? ¿Qué sucede exactamente dentro de una conexión engarzada?

Tendemos a pensar en las uniones soldadas como el rey de las conexiones eléctricas. Algo en el acto de calentar una junta y hacer fluir soldadura fundida le da una sensación de permanencia y calidad al producto terminado. Y la soldadura fue básicamente el único espectáculo en la ciudad durante los primeros días de la industria electrónica comercial.

Pero las uniones soldadas tienen sus problemas, tanto electromecánicamente como en términos de producción; después de todo, un trabajador de montaje solo puede colocar soldadura con cierta rapidez. A principios de la década de 1950, AMP Corporation lanzó las primeras conexiones de engarzado para uso en producción, el diseño F-Crimp o de barril abierto. Utilizando este diseño de engarzado, AMP vendió una amplia gama de conectores que podían aplicarse rápida y repetidamente a conductores, y que se prestaban a métodos de fabricación automatizados de una manera que la soldadura nunca podría lograr.

El engarzado aprovecha las propiedades de los metales para lograr conexiones eléctricas y mecánicas sólidas. Los metales utilizados en los conectores de engarzado, como el cobre, el latón, el aluminio o el bronce, son dúctiles y maleables. La ductilidad de un metal es el grado en que puede deformarse bajo tensión, mientras que la maleabilidad es una medida de cómo el metal se deforma bajo compresión. El engarzado implica aplicar fuerzas de compresión significativas sobre el conector de engarzado y el cable, por lo que la maleabilidad de cada elemento es un factor importante en la calidad del engarzado. Pero la ductilidad también influye, ya que tanto el conector como el cable sufren un estiramiento significativo durante el proceso de engarzado.

Las herramientas de engarzado son una parte fundamental de un engarce de calidad. El fin comercial de cualquier herramienta de engarce es el juego de troqueles. Generalmente se trata de un yunque y un martillo de acero para herramientas, cuya configuración específica está determinada por el tipo de conector.

Para engarces F estilo AMP, el conector en forma de U se coloca sobre el yunque con las patas hacia arriba. Se coloca un cable debidamente pelado entre las patas y el martillo desciende hasta el yunque. El martillo guía las patas del conector sobre los hilos de cable y finalmente los dobla hacia abajo formando el haz de hilos reunidos.

A medida que se aplica más presión a la conexión, el metal de los hilos del cable comienza a estirarse y fluir. Esto afloja y elimina los óxidos superficiales que podrían haber aumentado la resistencia de la conexión. Con más presión, se produce una mayor deformación del haz de cables hasta que la sección transversal anteriormente redonda de cada hilo desaparece, reemplazada por una colección de hilos con lados aplanados apretados uno al lado del otro en un patrón de panal. El resultado son uniones soldadas en frío y estancas al gas entre los hilos y el conector engarzado.

La mayoría de las herramientas de engarzado también se encargan del alivio de tensión al engarzar ligeramente un segundo par de patas sobre el aislamiento de plástico del cable. Generalmente se tiene cuidado de no perforar ni dañar el aislamiento; Por lo general, estos engarces de alivio de tensión simplemente envuelven el aislamiento firmemente y dirigen la fuerza de flexión hacia el aislamiento y lejos de los conductores del cable. El herramental también puede formar un círculo con un tercer conjunto de patas para permitir que la terminación terminada se inserte en un cuerpo de plástico.

Un aspecto crítico de una conexión engarzada es la capacidad de inspeccionarla y asegurarse de que todo salió según lo planeado. Las fotomicrografías transversales de engarzados son el estándar de oro para la inspección, pero son destructivas para el producto. Afortunadamente, un parámetro crítico puede revelar todo sobre el proceso de engarzado y medirse de forma no destructiva: la altura del engarzado. Esto se puede medir con un micrómetro y refleja cuánta presión se aplicó y si los hilos del alambre se comprimieron correctamente.

Una conexión engarzada ejecutada correctamente es eléctricamente confiable y mecánicamente fuerte, y saber lo que sucede dentro de esa herramienta es el primer paso para lograr resultados consistentes. Para obtener un tutorial práctico más detallado sobre el engarzado, consulte nuestra guía sobre procedimientos de engarzado adecuados.

[Fuente de las imágenes del banner: TE Connectivity]