Armadura de aço e estampagem de garfo para relés e chaves miniatura de alta-velocidade

Para relés miniatura de alta-velocidade, a armadura e o garfo devem fornecer um caminho magnético controlado sem adicionar massa desnecessária ou arrasto mecânico. As peças de estampagem de armadura de relé de precisão, portanto, exigem controle simultâneo de permeabilidade magnética, resistência à tração, planicidade, espessura, altura de rebarba e repetibilidade dimensional, em vez da simples formação de chapa-de metal.

 

Para mecanismos de relé de{0}ciclo alto, a seleção de materiais entre SPCC, ferro elétrico DT4 e aço silício deve ser baseada nos requisitos do circuito magnético, frequência operacional, carga mecânica e geometria de estampagem. Um processo de estampagem estável pode manter dimensões críticas em torno de ±0,01 mm, enquanto a rebarbação secundária e a inspeção da CMM controlam as superfícies funcionais que determinam o movimento da armadura e a montagem do garfo.

 

 

 

Um relé em miniatura converte força eletromagnética em movimento mecânico. A armadura deve, portanto, realizar duas tarefas simultaneamente:

Complete o circuito magnético com relutância suficientemente baixa.

Mova-se rápida e repetidamente sem inércia ou deformação excessiva.

 

O problema de engenharia torna-se mais difícil à medida que as dimensões do relé diminuem. Uma redução na espessura da armadura diminui a massa, mas também reduz a rigidez da seção. O desbaste excessivo pode aumentar a flexão, a distorção e a variação dimensional após a estampagem.

 

Peças de estampagem de armadura de relé: parâmetros magnéticos e mecânicos

 

Fator de engenharia	Efeito na armadura do relé	Consideração de controle típica
Permeabilidade magnética	Determina a transmissão do fluxo magnético	Classe do material e tratamento térmico
Comportamento de saturação	Limita a densidade do fluxo magnético	Projeto de circuito eletromagnético
Força de rendimento	Controla a deformação permanente	Selecionado de acordo com carga e geometria
Espessura da folha	Influencia a massa e o caminho magnético	Controlado através do material recebido
Planicidade	Afeta o contato com o poste-face	Controle de estampagem e nivelamento
Altura da rebarba	Pode interferir no entreferro	Matriz progressiva + rebarbação
Condição da superfície	Afeta a montagem e o contato	Limpeza e tratamento de superfície
Tolerância dimensional	Determina o ajuste e a lacuna magnética	Matriz de precisão + inspeção CMM

 

A armadura é particularmente sensível à variação do-entreferro. Mesmo uma pequena mudança na distância entre a armadura e o pólo magnético pode alterar a força magnética disponível para atuação.

 

Por esta razão, a qualidade da estampagem deve ser avaliada ao nível da montagem funcional e não apenas pela inspeção dimensional.

 

Por que a massa baixa é importante em relés-de alta velocidade

A inércia da armadura aumenta com a massa. Durante a comutação rápida, o movimento excessivo da massa pode contribuir para um tempo de resposta mais longo, maior energia de impacto e maior estresse mecânico.

 

Um componente mais fino não é automaticamente melhor. O design deve equilibrar:

Área de seção transversal-magnética
Rigidez mecânica
Massa da armadura
Planicidade
Raio de formação
Geometria de montagem
Frequência de comutação necessária

Para componentes de relé em miniatura, esse equilíbrio normalmente é estabelecido durante a revisão do DFM, antes do início da produção progressiva-da matriz.

 

Controle dimensional IATF 16949 para estampagem de aço em garfo de relé

O jugo normalmente permanece estacionário e faz parte do circuito magnético. Sua geometria, portanto, exige alta estabilidade posicional em torno de furos de montagem, recursos de localização e interfaces magnéticas.

 

Um plano de controle de produção pode incluir:

Verificação de material recebido
Medição da espessura da bobina
Inspeção progressiva-da primeira{1}}peça
Inspeção dimensional em-processo
Inspeção de-altura de rebarbas
Medição de planicidade
Inspeção CMM de perfis críticos
Rastreabilidade de lote
Inspeção visual final
Documentação PPAP quando necessário

Para aplicações de relés automotivos, uma estrutura de qualidade IATF 16949 fornece uma estrutura adequada para controle de processos, rastreabilidade e gerenciamento de não conformidades.

 

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A espessura não é simplesmente uma especificação de material. Para um componente magnético com seção transversal-pequena, a variação da espessura altera diretamente a área magnética e a rigidez mecânica.

 

Se o desenho especificar uma espessura nominal de 0,50 mm, por exemplo, a variação no estoque de tiras de entrada pode influenciar:

Caminho do fluxo magnético
Massa da armadura
Altura formada
Posição de dobra
Relacionamento de contato-para{1}}a armadura
Liberação de montagem
Controle de estampagem de ±0,01 mm para componentes de relé em miniatura

Dimensões críticas podem exigir controle de ±0,01 mm, dependendo da geometria do componente e da pilha de tolerâncias funcionais.

 

As características críticas típicas incluem:

Comprimento total da armadura
Pólo-largura da face
Diâmetro do furo-de montagem
Distância-do furo-à borda
Altura da curvatura
Localizando a-posição da guia
Passo de montagem do jugo
Planicidade de superfícies magnéticas

Nem todas as dimensões requerem ±0,01 mm. A aplicação de tolerâncias desnecessariamente rígidas aumenta o custo de ferramentas e inspeção sem melhorar o desempenho do relé. A abordagem correta é identificar as dimensões do CTQ a partir da pilha magnética e mecânica-.

 

Estampagem progressiva para produção de armadura e garfo de relé

Uma matriz progressiva pode integrar múltiplas operações dentro de uma sequência de produção:

Alimentação de bobina
Posicionamento piloto
Perfuração
Entalhamento
Entalhe
Formando
Dobrando
Cortar-
Separação de peças

Para estampagem de aço com garfo de relé de alto-volume, a estampagem progressiva fornece posicionamento repetível e fluxo de material controlado.

 

O projeto da matriz deve levar em conta:

Resistência à tração do material
Espessura do material
Folga de cisalhamento
Geometria do punção
Morrer desgaste
Primavera de volta
Layout de tira
Evacuação de sucata
Perfurar-para{1}}alinhamento da matriz

Para componentes em miniatura, a folga excessiva pode gerar rebarbas e instabilidade dimensional, enquanto a folga insuficiente pode aumentar a força de puncionamento e acelerar o desgaste da ferramenta.

 

Planicidade é um parâmetro funcional

Uma armadura com comprimento e largura aceitáveis ​​ainda pode falhar na montagem devido a tensão residual ou empenamento local.

A planicidade é influenciada por:

Tensão residual da bobina
Direção de rolamento
Sequência de estampagem
Forças de corte irregulares
Operações de formação
Desgaste da ferramenta
Dureza do material

Quando a face do pólo magnético exigir contato próximo, o requisito de planicidade deverá ser especificado no desenho de engenharia e medido usando um sistema de referência apropriado.

 

Inspeção CMM e verificação CTQ

Para geometrias de armadura complexas, a inspeção CMM pode verificar múltiplas características de uma estrutura de referência.

Um programa de inspeção típico pode avaliar:

 

Característica	Método de inspeção	Finalidade de engenharia
Perfil	CMM	Verifique a geometria magnética/mecânica
Diâmetro do furo	Medidor óptico/CMM	Verifique o ajuste da montagem
Posição do furo	CMM	Relacionamento de montagem de controle
Grossura	Micrômetro	Verifique a condição do material/processo
Planicidade	CMM/medidor de planicidade	Assento da armadura de controle
Altura da rebarba	Medição óptica	Evitar interferência na montagem
Altura da curvatura	Medidor de altura/CMM	Verifique a geometria formada

 

Para a produção de PPAP, a análise do sistema-de medição também deve estabelecer se o medidor selecionado pode distinguir com segurança a variação do processo da variação da medição.

 

 

 

A punção inevitavelmente cria uma borda cisalhada que consiste em diversas zonas: capotamento, área polida, zona de fratura e rebarba.

 

Para componentes de relés em miniatura, as rebarbas podem se tornar defeitos funcionais em vez de imperfeições cosméticas.

Uma rebarba pode:

Reduza a folga de montagem
Interferir no movimento da armadura
Criar contaminação por partículas
Isolamento de danos
Afeta o pólo magnético-assento facial
Aumentar a variação dimensional

Controle de altura de rebarbas sob a disciplina de processo ISO 9001 e IATF 16949

A aceitação de rebarbas deve ser estabelecida a partir do desenho do componente e dos requisitos de montagem, e não por um valor universal.

O processo de rebarbação apropriado depende de:

Grau do material
Espessura da folha
Altura da rebarba
Geometria da borda
Requisito de rugosidade superficial
Retenção dimensional necessária
Volume de produção

Polimento de rolo para componentes de relés em miniatura estampados

 

O polimento com rolo pode remover ou reduzir rebarbas soltas e, ao mesmo tempo, melhorar a consistência das bordas entre os lotes.

É útil onde:

 

Os componentes têm geometrias relativamente robustas
O tratamento de borda é necessário em vários lados
É necessário processamento-de alto volume
A perda dimensional deve permanecer controlada

O processo deve ser validado porque o polimento mecânico excessivo pode arredondar arestas funcionais e alterar pequenas características de localização.

 

Rebarbação química para componentes de aço de precisão

A rebarbação química pode fornecer acesso a bordas internas difíceis e geometrias difíceis de alcançar mecanicamente.

No entanto, o controle do processo deve incluir:

 

Concentração química
Temperatura do banho
Duração do tratamento
Lavagem
Neutralização
Secagem
Prevenção de corrosão

O-processamento excessivo pode remover material excessivo e alterar a geometria de recursos em miniatura.

Para componentes posteriormente utilizados em montagens elétricas, os resíduos de limpeza e a proteção contra corrosão também devem ser controlados.

 

Rebarbação mecânica versus química

Processo	Principal vantagem	Limitação principal	Aplicação adequada
Polimento de rolo	Tratamento de borda-de alto rendimento	Pode arredondar recursos nítidos	Bordas estampadas em geral
Acabamento vibratório	Processamento em lote	Limitações de acesso à mídia	Lotes maiores
Escovação	Controle localizado	Menor eficiência de automação	Arestas selecionadas
Rebarbação química	Alcança arestas complexas	Controle de processo químico necessário	Recursos finos/internos
Otimização de matriz de precisão	Reduz rebarbas na origem	Requer investimento em ferramentas	Produção de alto-volume

 

A abordagem mais eficaz geralmente é a prevenção de rebarbas na fase de estampagem, seguida pelo tratamento secundário mínimo necessário para atender ao desenho.

 

 

A seleção do material deve seguir o circuito magnético, em vez de simplesmente escolher a folha-de custo mais baixo.

 

Três famílias de materiais comumente consideradas para componentes magnéticos de aço são SPCC, ferro elétrico DT4 e aço silício.

 

Comparação de materiais SPCC, DT4 e aço silício

 

Parâmetro	SPCC	Ferro Elétrico DT4	Aço Silício
Característica primária	Aço-com baixo-carbono laminado a frio	Ferro elétrico-de alta pureza	Liga magnética de Fe-Si
Formabilidade mecânica	Bom	Bom, depende da nota-	Moderado
Desempenho magnético	Moderado	Alto para caminhos magnéticos DC	Forte desempenho magnético AC
Resistividade elétrica	Relativamente baixo	Relativamente baixo	Mais alto
Controle de corrente parasita-	Limitado	Limitado	Melhorar
Uso típico	Peças/garfos estruturais do relé	Componentes magnéticos DC	Circuitos magnéticos CA/alta{0}}frequência
Adequação de estampagem	Alto	Alto com controle de processo	Dependente da nota
Custo	Geralmente mais baixo	Mais alto	Dependente da nota
Driver de seleção principal	Equilíbrio mecânico + econômico	Caminho do fluxo magnético	Perda magnética-dependente de frequência

 

SPCC para estampagem de aço em garfo de relé

SPCC é um aço-carbono laminado a frio especificado sob JIS G 3141. Sua combinação de qualidade de superfície, conformabilidade e disponibilidade o torna adequado para muitos componentes estruturais estampados.

 

Para jugos de relé onde a geometria mecânica e a capacidade de fabricação dominam o projeto, o SPCC pode ser apropriado quando suas propriedades magnéticas satisfazem os requisitos do circuito.

 

Considerações típicas incluem:

Espessura da folha
Dureza
Resistência à tracção
Permeabilidade magnética
Profundidade de formação
Primavera de volta
Proteção de superfície

O SPCC não deve ser automaticamente tratado como um substituto equivalente para um aço magnético dedicado.

 

Ferro elétrico DT4 para circuitos magnéticos

O DT4 é comumente usado na China para aplicações de ferro elétrico onde o desempenho magnético é mais importante do que o comportamento do aço estrutural comum.

 

Para armaduras e jugos de relé, os parâmetros relevantes incluem:

Permeabilidade magnética
Força coercitiva
Características de saturação
Perda central
Propriedades mecânicas
Condição de recozimento

 

Onde a eficiência magnética afeta diretamente a potência da bobina ou a força de atuação do relé, o DT4 pode fornecer uma base de engenharia mais forte do que o aço laminado a frio-de uso geral-.

 

Aço silício para aplicações magnéticas AC

O aço silício reduz as perdas elétricas através do aumento da resistividade elétrica e é amplamente utilizado em núcleos magnéticos laminados.

 

Para aplicações de relés miniatura, entretanto, o aço silício deve ser selecionado de acordo com a frequência de excitação real e as condições de operação magnética.

 

Se o relé operar principalmente sob excitação CC, os benefícios do aço silício podem não justificar suas considerações adicionais de material e processamento.

 

Matriz de seleção de materiais para componentes de relés em miniatura

 

Requisito de relé	Direção de material preferida	Razão
Jugo estrutural-de baixo custo	SPCC	Boa conformabilidade e desempenho mecânico
Armadura magnética CC	DT4	Desempenho magnético adequado para circuitos DC
Caminho magnético AC	Aço silício	Perda de corrente-parasita reduzida
Estampagem progressiva complexa	SPCC / aço elétrico adequado	Depende da dureza e espessura
Massa móvel extremamente baixa	Aço magnético-de calibre fino	Reduz a inércia da armadura
Alta estabilidade dimensional	Folha de notas-controlada	Reduz a variação do processo

 

O material final deve ser confirmado através de testes magnéticos, testes mecânicos e testes de estampagem, em vez de ser selecionado apenas a partir do nome do material.

 

 

 

Alguns componentes de relés em miniatura exigem mais do que supressão e flexão. As-operações de montagem na matriz podem integrar recursos de união mecânica diretamente na sequência de estampagem progressiva.

 

Em-rebitagem e piquetagem para componentes de relé em miniatura

 

A-rebitagem ou piquetagem na matriz pode reduzir operações de montagem separadas e manter a repetibilidade posicional.

As aplicações potenciais incluem:

Submontagens de armadura
Conjuntos de garfo magnético
Estruturas de suporte
Recursos-de retenção Spring
Elementos de localização mecânica

O processo de adesão deve controlar:

Altura do rebite
Diâmetro do rebite
Deformação material
Força de retenção conjunta
Alinhamento de componentes
Rachaduras ao redor da área formada

Para um relé de{0}ciclo alto, a junta deve permanecer mecanicamente estável durante a atuação repetida.

 

Controle Springback em armaduras de aço estampado

 

O Springback torna-se cada vez mais importante à medida que a espessura do material diminui e as tolerâncias de formação aumentam.

 

Os métodos de controle incluem:

Raio de formação otimizado
Sequência de formação controlada
Compensação na geometria da matriz
Cunhando
Restrike operações
Controle de lote de materiais

 

O valor de compensação correto deve ser estabelecido através de testes de estampagem reais porque o retorno elástico depende do tipo do material, da espessura, da direção de laminação e da geometria da conformação.

 

 

Para aplicações de relés automotivos, o sistema de qualidade deve conectar certificação de materiais, parâmetros de ferramentas, controles de processo e inspeção final em uma cadeia de produção rastreável.

 

Controle de qualidade IATF 16949 para estampagem de armadura de relé

 

Um plano de qualidade de produção pode incluir:

PFMEA
Plano de Controle
Diagrama de fluxo do processo
Inspeção de entrada de material
Inspeção do primeiro artigo
Monitoramento do SPC
MSA
Registros de manutenção de ferramentas
Inspeção dimensional
Teste funcional
Controle de não conformidade
Rastreabilidade de lote

Documentação PPAP Nível 3 para componentes de relés automotivos

 

Quando o cliente especificar PPAP Nível 3, o envio poderá incluir:

Registros de projeto
Documentos de mudança de engenharia
Aprovação de engenharia do cliente
DFMEA quando aplicável
Fluxo do processo
PFMEA
Plano de Controle
Estudos MSA
Resultados dimensionais
Resultados de testes de material/desempenho
Estudos iniciais do processo
Documentação laboratorial qualificada
Aprovação de aparência quando aplicável
Amostra de peças de produção
Amostra mestre
Verificando ajudas
Requisitos específicos-do cliente

O pacote exato de envio deverá seguir o manual de PPAP do cliente e requisitos específicos.

 

Baixe a especificação de design de estampagem de relé

 

 

A precisão do ferramental estabelece o limite superior de precisão repetível do componente. Para peças de relé em miniatura, o projeto da matriz deve ser desenvolvido em torno das dimensões críticas identificadas durante o DFM.

 

Controles progressivos-da matriz para estampagem de aço com garfo de relé de precisão

As principais considerações sobre ferramentas incluem:

Postes guia de precisão
Perfuração controlada-para{1}}liberação da matriz
Alimentação estável de tiras
Posicionamento-do furo piloto
Materiais-resistentes ao desgaste
Inserções substituíveis
Monitoramento de rebarbas
Evacuação automática de sucata
Proteção do sensor de tira
Manutenção preventiva programada

 

O desgaste da ferramenta deve ser monitorado em relação aos CTQs mensuráveis, e não apenas pela contagem de cursos de produção.

 

Por exemplo, o aumento da altura da rebarba, o desvio do diâmetro do furo ou o desvio do perfil podem indicar desgaste progressivo do punção ou da matriz antes que ocorra uma falha completa da ferramenta.

 

Manutenção de ferramentas sob controle de produção IATF 16949

 

Um sistema de manutenção preventiva deve registrar:

Contagem de golpes
Histórico de substituição de punção
Substituição da inserção da matriz
Frequência de afiação
Condição medida da rebarba
Desvio dimensional
Tempo de inatividade não planejado
Ações corretivas

Essas informações fornecem um registro do histórico-do processo para a produção-de componentes de retransmissão de longo prazo.

 

 

Antes de aprovar ferramentas de produção, as equipes de compras e engenharia devem confirmar o seguinte.

 

Requisitos materiais e magnéticos
Permeabilidade magnética necessária definida
Frequência operacional identificada
Excitação DC ou AC confirmada
Classe de material especificada
Tolerância de espessura estabelecida
Método de teste magnético definido
Requisitos de estampagem de precisão
Dimensões CTQ identificadas
Tolerâncias de ±0,01 mm aplicadas somente onde a função requer
Dado de planicidade estabelecido
Aceitação de rebarbas definida
Requisitos de formação e retorno elástico documentados
Viabilidade da-morte progressiva verificada
Requisitos de superfície e borda
Processo de rebarbação selecionado
Condição de borda especificada
Requisito de limpeza definido
Proteção contra corrosão confirmada
Requisitos de revestimento identificados quando aplicável
Documentação de qualidade
Requisitos da IATF 16949 confirmados
PFMEA concluído
Plano de Controle estabelecido
Programa de inspeção CMM preparado
Requisitos MSA definidos
Requisitos de PPAP Nível 3 confirmados quando aplicável
Rastreabilidade de material estabelecida

 

 

Uma armadura de relé não pode ser avaliada corretamente apenas pelo grau do material. O desempenho magnético e mecânico final é o resultado da interação entre propriedades do material, deformação de estampagem, tensão residual, tolerância dimensional, condição de rebarba e geometria de montagem.

 

Por exemplo, mudar de SPCC para DT4 pode melhorar o desempenho magnético, mas também alterar o comportamento de conformação, retorno elástico e condições de ferramenta. A alteração da espessura da chapa pode reduzir a massa da armadura e, ao mesmo tempo, reduzir a rigidez estrutural. Aumentar a intensidade de rebarbação pode melhorar a qualidade da aresta, mas alterar pequenas características funcionais.

 

A sequência de engenharia correta é, portanto:

 

Aplicação → Circuito magnético → Material → Espessura → Projeto da matriz → Parâmetros de estampagem → Rebarbação → Inspeção → Validação de montagem

Essa abordagem é particularmente relevante na produção de peças de estampagem de armadura de relé, estampagem de aço de garfo de relé e outros componentes de relé em miniatura para sistemas automotivos, de controle industrial e de comutação-eletrônica de potência.

 

 

A Apollo Electronic Components (Xiamen) Co., Ltd. oferece suporte à estampagem de metais de precisão e processos de fabricação relacionados para aplicações de componentes elétricos e de nova{2}}energia.

 

Para armaduras e jugos de relés, uma avaliação de engenharia deve começar com:

Desenho de engenharia 2D
Modelo CAD 3D
Especificação de materiais
Requisito de espessura
Volume anual
Dimensões CTQ
Especificação de tratamento-de superfície
Requisito de desempenho-magnético
Condição de montagem
Padrão de inspeção

A rota de fabricação pode então ser avaliada para estampagem progressiva, formação secundária, rebarbação, limpeza, inspeção e montagem.

 

Quando necessário, a inspeção CMM, a documentação PPAP e os registros de produção controlada podem ser incorporados ao plano de qualidade.

 

O objetivo não é simplesmente produzir uma peça estampada em aço. O objetivo é manter as características dimensionais e materiais que determinam a força magnética do relé, a resposta de comutação e a estabilidade mecânica de ciclo longo-.

 

 

Qual é o ciclo de entrega típico do PPAP Nível 3 para peças estampadas de armadura de relé?

O ciclo PPAP nível 3 depende da complexidade das ferramentas, qualificação do material, validação dimensional e testes específicos do cliente. Um cronograma realista deve ser confirmado após a revisão do DFM e a aprovação do protótipo, em vez de usar um prazo de entrega genérico fixo.

 

Como um fabricante pode controlar dimensões de ±0,01 mm em peças estampadas de relés em miniatura?

O controle começa com um projeto preciso e progressivo da-matriz, material de bobina estável, folga controlada do puncionamento-à-matriz e monitoramento do processo. As dimensões críticas devem então ser verificadas usando medidores calibrados, medição óptica ou inspeção CMM.

 

Como SPCC, DT4 e aço silício são selecionados paraarmadura de relé e estampagem de garfo?

O SPCC é geralmente considerado onde as propriedades mecânicas e a conformabilidade dominam, o DT4 onde o desempenho magnético CC é importante e o aço silício onde as características de perda magnética-CA justificam seu uso. A seleção final requer validação magnética e de carimbo.