Cosses à sertir : types, qualité de sertissage et fabrication de bornes estampées

Un atelier de harnais a récemment mis au rebut deux mille connecteurs sertis qui avaient passé avec succès l'inspection visuelle mais qui avaient échoué à un test de traction de 60 secondes à 80 N. Le numéro de pièce était correct, le fil était le conducteur spécifié de 1,5 mm2, et le même développé couché avait effectué ce travail pendant trois ans. La différence provenait d'un décalage de 0,06 mm du diamètre du fût de fil d'un lot de production, ce qui était suffisant pour pousser la compression des brins en dehors de la plage où le cuivre fusionne en un joint solide.

La qualité du sertissage est déterminée par trois éléments qui doivent correspondre : le corps de la borne, le fil et l'outillage. Lorsqu'elles correspondent, une borne correctement sertie supporte plus de charge que le fil lui-même et reste stable pendant des décennies. Dans le cas contraire, aucun soin de l’opérateur ne pourra compenser. Les sections ci-dessous expliquent comment réaliser cette correspondance délibérément plutôt que par hasard.

Ce que fait réellement une borne à sertir

Une borne à sertir est un contact métallique estampé comportant deux zones de travail. Le fût de fil est le tube qui reçoit le conducteur dénudé. Le support d'isolant, lorsqu'il existe, est une deuxième paire de languettes qui agrippe l'isolant plutôt que le cuivre.

Un sertissage correct ne consiste pas simplement à serrer le fil. La matrice comprime le canon d'environ 20 à 30 pour cent de sa hauteur d'origine, forçant les brins individuels et la paroi du canon à s'écouler les uns dans les autres et à former une soudure à froid. Le résultat est un joint étanche aux gaz sans chemin d'oxygène vers le cuivre, c'est pourquoi un bon sertissage résiste à la corrosion même dans les compartiments moteur humides et les armoires de commande extérieures.

Des normes telles que UL 486A et CEI 60352-2 décrivent le joint en fonction de ses performances plutôt que de sa géométrie. Ils ne se soucient pas de la forme du terminal, mais seulement du fait que la connexion finie survit à la traction mécanique, aux chutes de tension, aux cycles thermiques et aux tests de corrosion. C'est exactement pourquoi les dimensions du corps, la trempe du matériau et l'épaisseur du placage sont plus importantes que l'apparence du terminal fini.

Principaux types de bornes à sertir et emplacement de chacune d'entre elles

La plupart des projets n'ont besoin que de deux ou trois des familles ci-dessous. La troisième colonne répertorie les points qui provoquent la majorité des retours de production et des échecs sur le terrain.

La règle pratique est simple. Choisissez d'abord le style de connexion, en fonction de la fréquence à laquelle le joint doit être ouvert, puis choisissez le style de barillet, en fonction de la classe de fil et du courant. L'achat uniquement en fonction de l'apparence ou du prix déplace généralement le problème vers la station de sertissage.

Facteurs de sélection qui décident si l’articulation survit

Compatibilité des fils

La taille du conducteur à elle seule ne suffit pas. Deux fils de 1,5 mm2 peuvent être construits à partir de sept brins de 0,52 mm ou de trente brins de 0,25 mm, et la classe la plus fine nécessite un barillet et une filière différents. Une fiche technique utilisable indique une plage de fils en mm2 ou AWG ainsi qu'une plage de diamètres d'isolation. Si le conducteur dénudé reste lâche dans le fût avant le sertissage, ou ne peut pas être inséré sans écarter les brins, le fût n'est pas adapté à ce fil.

Isolé ou non isolé

Les bornes isolées échangent la capacité de courant et la température nominale contre la vitesse et la sécurité tactile. Les manchons en vinyle sont généralement évalués à environ 75 degrés Celsius, ceux en nylon à 105 degrés Celsius et les versions thermorétractables sont encore plus élevées. À proximité du matériel d'échappement, des conduites de frein ou des supports de moteur, le matériau du manchon se dégrade souvent avant le joint métallique, de sorte que l'indice du manchon doit être lu comme une limite réelle du processus plutôt que comme un numéro de marketing.

Environnement et charge mécanique

Les vibrations, le brouillard salin et les cycles thermiques changent la réponse. Une cosse à anneau sur un goujon de taille appropriée avec une rondelle de blocage survit aux vibrations qui fatigueraient une cosse à fourche. Une déconnexion rapide existe précisément parce qu'elle peut être démontée, elle n'a donc sa place nulle part où la connexion ne doit jamais bouger.

Matériau et placage

Le cuivre électrolytique est la valeur par défaut en matière de conductivité, le laiton est plus rigide et moins cher et le bronze phosphoreux apparaît là où la force du ressort doit être maintenue. L'étamage couvre la plupart des besoins en matière de corrosion et de soudabilité, tandis que l'argent est réservé à une très faible résistance de contact ou à des températures élevées. Ces compromis sont plus techniques que commerciaux, et le raisonnement qui les sous-tend est exposé dans ce guide pour comment choisir des matériaux appropriés pour les pièces d'emboutissage en métal .

Bon sertissage ou mauvais sertissage : ce qu'il faut inspecter

Le contrôle le plus fiable en atelier reste une mesure de la hauteur de sertissage avec un micromètre sur le tube de fil, comparée à la valeur indiquée sur la fiche technique de l'outillage. Les contrôles visuels viennent en deuxième position, mais ils détectent les erreurs que les mesures seules peuvent manquer.

• Bouche de cloche : l'extrémité du canon doit s'évaser légèrement, montrant que la matrice a comprimé plutôt que cisaillé le canon.
• Brins coupés : tout brin tranché par un bord tranchant diminue la résistance à la traction et peut agir comme un déclencheur de fissures.
• Support d'isolation : l'isolation doit reposer juste à l'extérieur du canon et à l'intérieur des languettes de support sans être pincée ou coupée.
• Queue de conducteur : environ 0,5 à 1 mm de conducteur doit dépasser l'extrémité du canon sur les petites bornes.
• Test de traction : la valeur doit correspondre à la fiche technique du terminal. Un sertissage raté montre généralement une rupture partielle du brin plutôt qu'un arrachement net.
• Tolérance intérieure de la hauteur de sertissage : généralement plus ou moins 0,05 mm pour les petits fûts, plus serré que la plupart des travaux de tôlerie généraux.

Lorsqu'une ligne commence à échouer aux tests de traction, la cause est presque toujours l'une des quatre causes suivantes : un mauvais logement de matrice pour le fût, une longueur de dénudage qui laisse du cuivre dans le sertissage de l'isolation, des lots de bornes mélangés provenant de différents cycles de production ou un outillage qui a dépassé son intervalle de maintenance.

Comment sont fabriquées les bornes à sertir

Les bornes sont produites par emboutissage progressif, et non par moulage ou usinage. Une bobine de bande de cuivre ou de laiton, généralement de 0,3 à 1,0 mm d'épaisseur et souvent pré-plaquée, passe à travers une matrice qui progressivement découpe, perce, forme le canon, forme la langue et libère la pièce. Le fût est enroulé en cylindre autour d'un mandrin, de sorte que sa rondeur, son diamètre intérieur et son épaisseur de paroi dépendent directement de l'état de la matrice et de la consistance de la bande.

C’est là que la tolérance devient coûteuse. La cambrure de la bande, la variation de l'épaisseur, l'usure de la matrice et l'épaisseur du placage modifient toutes le diamètre final du canon. Un fournisseur qui inspecte uniquement le contour extérieur peut toujours expédier les bornes défaillantes au poste de sertissage, car les dimensions critiques se situent à l'intérieur du corps et autour de la languette plutôt que sur le bord extérieur. Un travail de ce type nécessite une évaluation du processus, et pas seulement une inspection finale.

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Les étapes de formage méritent la même attention. Les cosses à drapeau pliées à quatre-vingt-dix degrés après le sertissage, les cosses avec des languettes formées et les contacts à ressort qui doivent maintenir leur force pendant des années dépendent tous des rayons de courbure et du contrôle du retour élastique, car une caractéristique formée qui se détend de quelques dixièmes de millimètre modifie la force d'accouplement de la connexion finie.

Cosses à canon fermé et autres pièces étirées

Tous les terminaux ne démarrent pas comme une bande plate. Les cosses fermées, les manchons tubulaires et les extrémités des câbles de batterie commencent souvent par une coque étirée, où une ébauche plate est transformée en coupelle puis réduite en plusieurs passes jusqu'à ce que la paroi atteigne l'épaisseur requise. Le dessin donne un corps sans soudure, sans couture à ouvrir sous un courant élevé, mais cela signifie également que l'épaisseur de la paroi varie légèrement entre la base et le bord, et cette variation affecte directement la façon dont le corps se déforme lors du sertissage.

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Pour un canon étiré, les spécifications du dessin doivent indiquer l'épaisseur de paroi au niveau de la zone de sertissage plutôt que la moyenne, plus la concentricité par rapport à l'alésage. Deux fraiseuses peuvent toutes deux proposer une paroi de 1,0 mm tout en livrant des pièces qui se sertissent différemment, car l'une maintient 1,0 mm à la base et 0,9 mm au bord tandis que l'autre fait le contraire.

Spécification de terminaux personnalisés et de contacts estampillés

Le travail sur mesure devient nécessaire lorsque le catalogue standard ne correspond plus à la réalité : un motif de goujon inhabituel, un corps dimensionné pour une classe de fil que personne ne stocke dans un terminal de stock, un placage nécessaire pour une exposition chimique spécifique ou une languette formée qui doit s'adapter à un boîtier existant. Une enquête complète doit contenir les éléments suivants.

• Un dessin avec toutes les dimensions critiques, marquant séparément la zone de sertissage et les caractéristiques de raccordement.
• La construction du fil, y compris le nombre de brins et le diamètre de l'isolant, et pas seulement la section transversale.
• Matériau et état de la bande, ainsi que type de placage et épaisseur en micromètres.
• Volume annuel, taille du lot et si la pièce sera exécutée en une seule campagne ou en continu.
• Exigences de test telles que la valeur de traction, la chute de tension, les heures de brouillard salin ou le cycle thermique.
• Format de conditionnement, surtout si les pièces alimentent une machine à sertir automatique.

L'outillage est la partie de la citation qui mérite la lecture la plus attentive. Un fournisseur qui gère son propre atelier de matrices peut ajuster le diamètre d'un cylindre après le premier essai de sertissage, tandis qu'une société commerciale ne peut transmettre la plainte qu'en amont, ce qui signifie généralement que la correction arrive un envoi trop tard. Cette différence dans le temps de réponse est la principale raison pour laquelle les acheteurs recherchent une usine d'emboutissage et d'emboutissage de métaux sur mesure plutôt qu'un revendeur pour ce type de contact.

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Questions courantes sur les bornes à sertir

Les bornes à sertir doivent-elles être soudées après le sertissage ?

Non. Un joint correctement dimensionné et correctement serti ne nécessite aucune soudure. La soudure renforce la zone du toron où le fil quitte le canon, et cette section raidie est l'endroit où les fissures de fatigue commencent dans les applications vibrantes. La soudure appartient aux connecteurs à coupelle à souder et à quelques très petites tailles de fils, et non à un sertissage approprié.

Comment puis-je savoir si un sertissage est bon ?

Mesurez la hauteur de sertissage sur le fût de fil, confirmez qu'il se trouve à l'intérieur de la tolérance de l'outillage, puis vérifiez l'embouchure, le support isolant et tous les brins coupés. Terminez par un test de traction à la valeur indiquée dans la fiche technique du terminal. Les trois contrôles ensemble, pas un seul.

Un outil de sertissage peut-il fonctionner avec chaque type de borne ?

Les matrices sont adaptées à la taille du canon, au style du canon et à la gamme de fils. Un outil à cliquet peut couvrir une gamme de bornes isolées, mais son utilisation sur une famille de barils différente produit des joints qui semblent fermés et échouent toujours aux tests.

Pensées finales

La plupart des problèmes de sertissage sont des problèmes de spécification qui apparaissent plus tard sous forme de problèmes de production. Fixez la classe du fil, le canon, le placage et l'outillage en une seule décision, puis vérifiez le joint avec des mesures plutôt qu'avec l'apparence. Cette approche coûte quelques heures au stade du dessin et permet d'économiser des lots de production entiers à la station de sertissage.