Bueno en un apuro: la física de las conexiones engarzadas

Tenía un amigo que era técnico de ensamblaje electrónico para un gran contratista de defensa. Él era un hombre de la planta de producción que tenía un chip en su hombro para los ingenieros con su elegante libro de aprendizaje que no podía resolver los problemas más simples. Afirmó que una asamblea no estaba pasando el control de calidad y que un grupo de muchachos en corbatas no podían entenderlo. Se acercó sigilosamente para evaluar la situación y entregó su diagnóstico de dos palabras: "Mal rizo". El conector dudoso fue reelaborado y la asamblea pasó, para disgusto de los muchachos con camisas de manga corta.

Aparte de la lección objetiva en la experiencia que a veces supera a la educación, siempre me pregunté acerca de esa proclamación de "mal engarce". ¿Qué podría salir mal con un crimpado tan sutilmente molesto con un circuito que desconcertó a los ingenieros? ¿Cómo es que podemos confiar en una tecnología tan simple para conectar gran parte del mundo moderno? ¿Qué está pasando exactamente dentro de una conexión engarzada de todos modos?

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

Pero las uniones soldadas tienen sus problemas, tanto electromecánicamente como en términos de producción; después de todo, un trabajador de ensamblaje solo puede transportar la soldadura tan rápido. A principios de la década de 1950, AMP Corporation presentó las primeras conexiones de crimpado para uso en producción, el F-Crimp o diseño de barril abierto. Con este diseño de engaste, AMP vendió una amplia gama de conectores que podían aplicarse rápida y repetidamente a los conductores, y que se prestaban a métodos de fabricación automatizados de una manera que la soldadura nunca podría lograr.

El prensado aprovecha las propiedades de los metales para lograr conexiones sólidas eléctrica y mecánicamente. Los metales utilizados en los conectores de crimpado, 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 se deforma el metal bajo compresión. El crimpado implica aplicar fuerzas de compresión significativas sobre el conector de crimpado y el cable, por lo que la maleabilidad de cada elemento es un factor importante en la calidad del crimpado. Pero la ductilidad también juega un papel, ya que tanto el conector como el cable se estiran significativamente durante el proceso de engaste.

Las herramientas de crimpado son una parte crítica de un crimpado de calidad. El fin comercial de cualquier herramienta de prensado 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 los engarces F estilo AMP, el conector en forma de U se coloca sobre el yunque con las patas hacia arriba. Se coloca un alambre debidamente pelado entre las patas y el martillo desciende sobre el yunque. El martillo guía las patas del conector sobre los hilos de cable y finalmente los dobla hacia abajo en el conjunto de hilos reunidos.

A medida que se aplica más presión a la conexión, el metal en los hilos de alambre comienza a estirarse y fluir. Esto afloja y elimina los óxidos de la superficie que podrían haber aumentado la resistencia de la conexión. Con más presión viene más 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 ajustados uno al lado del otro en un patrón de panal. El resultado son uniones herméticas al gas soldadas en frío entre los hilos y el conector de crimpado.

La mayoría de las herramientas de engaste también se encargan de aliviar la tensión al engarzar ligeramente un segundo juego de patas en el aislamiento de plástico del cable. Por lo general, se tiene cuidado de no perforar o estropear el aislamiento; por lo general, estos rizos 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. Las herramientas también pueden formar un tercer conjunto de patas en un círculo para permitir que la terminación terminada se inserte en un cuerpo de plástico.

Un aspecto crítico de una conexión de crimpado es la capacidad de inspeccionarla y asegurarse de que todo salió según lo planeado. Las fotomicrografías de secciones transversales de los engarces 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 engaste y medirse de forma no destructiva: la altura de engaste. Esto se puede medir con un micrómetro y refleja cuánta presión se aplicó y si los hilos de alambre se comprimieron correctamente.

Una conexión de crimpado correctamente ejecutada 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 prensado, consulte nuestra guía de procedimientos de prensado adecuados.

[Fuente de las imágenes del banner: TE Connectivity]