Хорошо в крайнем случае: физика обжатых соединений

У меня был друг, который работал техником по сборке электроники у крупного оборонного подрядчика. Он был парнем на производстве, у которого на плече были инженеры с их причудливым книжным обучением, которые не могли решить простейшие проблемы. Он утверждал, что одна сборка не прошла контроль качества, и группа парней в галстуках не могла этого понять. Он подошел, чтобы оценить ситуацию, и поставил диагноз, состоящий из двух слов: «Плохой обжим». Хитрый разъем переработали и сборка прошла, к большому огорчению ребят в рубашках с короткими рукавами.

Помимо наглядных уроков из опыта, иногда превосходящих образование, меня всегда удивляло это заявление о «плохом обжатии». Что могло пойти не так с обжимным устройством, которое так тонко нарушило схему, что инженеры были сбиты с толку? Как получается, что мы можем полагаться на такую ​​простую технологию, чтобы соединить так большую часть современного мира? Что именно происходит внутри обжатого соединения?

Мы склонны думать о паяных соединениях как о короле электрических соединений. Что-то в процессе нагревания соединения и попадания в него расплавленного припоя придает ощущение долговечности и качества готового продукта. А пайка была практически единственной выставкой в ​​городе на заре развития индустрии коммерческой электроники.

Но у паяных соединений есть свои проблемы, как электромеханические, так и с точки зрения производства – ведь сборщик может только так быстро разбрасывать припой. В начале 1950-х годов корпорация AMP представила первые обжимные соединения для промышленного использования — F-Crimp или конструкцию с открытым стволом. Используя эту конструкцию обжима, AMP продавала широкий спектр разъемов, которые можно было быстро и повторяемо прикреплять к проводникам, и которые поддавались автоматизированным методам изготовления, чего пайка никогда не могла бы достичь.

При обжиме используются свойства металлов для достижения электрически и механически прочных соединений. Металлы, используемые в обжимных соединителях, такие как медь, латунь, алюминий или бронза, одновременно пластичны и податливы. Пластичность металла — это степень, в которой он может деформироваться при растяжении, а ковкость — это мера того, как металл деформируется при сжатии. Обжим предполагает приложение значительных сжимающих усилий к обжимному разъему и проводу, поэтому податливость каждого элемента является важным фактором качества обжима. Но пластичность также играет роль, поскольку и разъем, и провод подвергаются значительному растяжению в процессе обжатия.

Инструменты для обжима являются важной частью качественного обжима. Основной частью любого обжимного инструмента является набор матриц. Обычно это наковальня и молоток из инструментальной стали, конкретная конфигурация которых определяется типом соединителя.

При F-обжимах типа AMP U-образный разъем размещается на наковальне ножками вверх. Между ножками помещается правильно зачищенная проволока, и молоток опускается на наковальню. Молоток проводит ножки разъема по жилам провода, в конечном итоге складывая их обратно в собранный пучок жил.

По мере увеличения давления на соединение металл в жилах проволоки начинает растягиваться и течь. Это ослабляет и удаляет любые поверхностные оксиды, которые могли увеличить сопротивление соединения. Чем сильнее давление, тем сильнее деформируется пучок проводов, пока прежде круглое поперечное сечение каждой пряди не исчезнет, ​​а на смену придет совокупность прядей с уплощенными сторонами, прижатыми друг к другу в виде сот. В результате получаются холодносварные газонепроницаемые соединения между жилами и обжимным соединителем.

Большинство инструментов для обжима также обеспечивают разгрузку от натяжения, слегка обжимая второй комплект ножек пластиковой изоляцией провода. Обычно соблюдают осторожность, чтобы не проткнуть или иным образом не повредить изоляцию; обычно эти обжимные приспособления для снятия натяжения просто плотно оборачивают изоляцию и направляют силу изгиба на изоляцию, а не от проводников провода. Третий набор ножек также может быть сформирован в виде круга с помощью инструмента, чтобы можно было вставить готовое окончание в пластиковый корпус.