Buono in un pizzico: la fisica delle connessioni crimpate

Avevo un amico che era un tecnico di assemblaggio elettronico per un grande appaltatore della difesa. Era un tipo del reparto di produzione che aveva un debole per gli ingegneri che con la loro fantasia imparavano dai libri e che non riuscivano a risolvere i problemi più semplici. Ha affermato che un'assemblea non stava superando il controllo qualità e un gruppo di ragazzi in parità non riusciva a capirlo. Si avvicinò per valutare la situazione e pronunciò la sua diagnosi in due parole: "Brutta crimpatura". Il connettore poco affidabile è stato rielaborato e l'assemblaggio è andato a buon fine, con grande dispiacere dei ragazzi con le magliette a maniche corte.

A parte la lezione oggettiva sull’esperienza che a volte prevale sull’istruzione, mi sono sempre interrogato su quella proclamazione di “cattiva stortura”. Cosa potrebbe andare storto se si crimpasse un circuito in modo così sottile da sconcertare gli ingegneri? Com'è possibile che possiamo fare affidamento su una tecnologia così semplice per collegare così tanta parte del mondo moderno? Cosa succede esattamente all'interno di una connessione crimpata?

Tendiamo a pensare ai giunti saldati come al re dei collegamenti elettrici. Qualcosa nell'atto di riscaldare un giunto e farvi scorrere la saldatura fusa conferisce una sensazione di permanenza e qualità al prodotto finito. E la saldatura era praticamente l’unico spettacolo in città agli albori dell’industria elettronica commerciale.

Ma i giunti saldati hanno i loro problemi, sia dal punto di vista elettromeccanico che in termini di produzione: dopo tutto, un addetto al montaggio non riesce a lanciare la saldatura in giro così velocemente. All'inizio degli anni '50, AMP Corporation lanciò le prime connessioni a crimpare per uso produttivo, il design F-Crimp o a cilindro aperto. Utilizzando questo design di crimpatura, AMP ha venduto un'ampia gamma di connettori che potevano essere applicati rapidamente e in modo ripetibile ai conduttori e che si prestavano a metodi di fabbricazione automatizzati in un modo che la saldatura non sarebbe mai stata in grado di ottenere.

La crimpatura sfrutta le proprietà dei metalli per ottenere connessioni elettricamente e meccanicamente solide. I metalli utilizzati nei connettori a crimpare, come rame, ottone, alluminio o bronzo, sono sia duttili che malleabili. La duttilità di un metallo è il grado in cui può deformarsi sotto tensione, mentre la malleabilità è una misura di come il metallo si deforma sotto compressione. La crimpatura comporta l'applicazione di forze di compressione significative sul connettore a crimpare e sul filo, pertanto la malleabilità di ciascun elemento è un fattore importante per la qualità della crimpatura. Ma anche la duttilità gioca un ruolo importante poiché sia ​​il connettore che il filo subiscono uno stiramento significativo durante il processo di crimpatura.

Gli utensili di crimpatura sono una parte fondamentale di una crimpatura di qualità. La parte finale di qualsiasi strumento di crimpatura è il set di matrici. Si tratta generalmente di un'incudine e di un martello in acciaio per utensili, la cui configurazione specifica è determinata dal tipo di connettore.

Per la crimpatura a F di tipo AMP, il connettore a forma di U viene posizionato sull'incudine con le gambe rivolte verso l'alto. Un filo adeguatamente spelato viene posizionato tra le gambe e il martello si sposta sull'incudine. Il martello guida le gambe del connettore sui trefoli di filo, ripiegandoli infine nel fascio di trefoli riuniti.

Quando viene applicata una maggiore pressione alla connessione, il metallo nei trefoli del filo inizia ad allungarsi e a scorrere. Questo allenta e allontana eventuali ossidi superficiali che potrebbero aver aumentato la resistenza della connessione. Con una maggiore pressione si verifica una maggiore deformazione del fascio di fili fino a quando la sezione trasversale precedentemente rotonda di ciascun filo scompare, sostituita da una raccolta di fili con i lati appiattiti accoccolati uno accanto all'altro in uno schema a nido d'ape. Il risultato sono giunzioni saldate a freddo e a tenuta di gas tra i trefoli e il connettore a crimpare.

La maggior parte degli utensili di crimpatura si occupano anche del pressacavo crimpando leggermente un secondo set di gambe sull'isolamento in plastica del filo. Generalmente si presta attenzione a non perforare o rovinare in altro modo l'isolamento; di solito queste crimpature pressacavo avvolgono saldamente l'isolamento e dirigono la forza di piegatura nell'isolamento e lontano dai conduttori del filo. Una terza serie di gambe può anche essere formata in un cerchio mediante l'attrezzatura per consentire l'inserimento della terminazione finita in un corpo di plastica.