Moldagem por injeção de precisão para caixas de conectores para automóveis

Um conetor elétrico para automóveis (por vezes designado por conetor de cablagem para automóveis) é um plástico moldado com precisão que liga os circuitos nos automóveis. Facilitam a montagem, o diagnóstico e a manutenção da cablagem eléctrica. Existem em várias formas, incluindo placa a placa, pá e pigtail. A finalidade, que pode ser a transmissão de dados sensíveis, as ligações da bateria ou a alta amperagem, determinará o tipo a utilizar.

Um invólucro de conetor automóvel, por outro lado, é um invólucro de plástico exterior moldado por injeção especializado que protege os terminais eléctricos nos automóveis. Sem ela, a cablagem do veículo tornar-se-ia um “emaranhado” e seria quase impossível ligar os componentes eléctricos de forma ordenada.

A caixa também funciona como um invólucro isolado que assegura que as transmissões de dados e de energia são ininterruptas em ambientes agressivos. Outras funções desempenhadas pela caixa incluem:

• Assegura que os conectores de encaixe estão firmemente bloqueados entre si
• Serve como um suporte mecânico que mantém a ligação segura durante as vibrações
• Os fabricantes de caixas de conectores para automóveis concebem-nas para evitar curtos-circuitos, mantendo os contactos eléctricos separados

Diferenciação do invólucro do conetor do chicote de fios automóvel

Com centenas de fios a passar por baixo do chassis de um veículo, é inevitável uma ligação incorrecta sem uma orientação adequada. Um arnês ou conetor automóvel assegura que cada fio é ligado ao circuito ou componente correto. Os fabricantes de conectores para automóveis utilizam formas, cores e formatos para orientar visualmente os electricistas e garantir que os fios são devidamente unidos.

Por exemplo, os conectores têm normalmente metades de encaixe macho e fêmea. Apenas as metades de encaixe corretas se encaixam. Isto torna mais difícil forçar uma ligação incorrecta sem causar danos à unidade. Alguns conectores são fornecidos com diferentes contagens de pinos para diferentes aplicações, de modo a minimizar o risco de uma instalação incorrecta.

Normalmente, há uma média de 274 conectores automóveis em cada veículo. Cada conetor tem quatro partes, nomeadamente a caixa, os pinos e as tomadas, o retentor e o vedante. O quadro seguinte mostra os diferentes tipos de conectores que podem ser fabricados por moldagem por injeção.

Fabrico de caixas de conectores para automóveis

Existem normas rigorosas para o fabrico de caixas de conectores para automóveis, a começar pela escolha do material. Espera-se que estes componentes automóveis cumpram vários requisitos técnicos de segurança, fiabilidade e desempenho em ambientes agressivos, incluindo:

1. Retardador de chama: De acordo com as normas de segurança, os materiais utilizados nos veículos devem ser auto-extinguíveis para minimizar o risco de incêndio. Isto é ainda mais importante para os componentes que ficam debaixo do capot, onde a temperatura é normalmente elevada.
2. Resistência térmica: Os fios podem aquecer durante as operações, especialmente se a operação envolver aquecimento. Por exemplo, o capô dos veículos ICE está normalmente quente devido ao calor gerado pelas actividades de combustão do motor. Por conseguinte, o material utilizado para a caixa do conetor automóvel deve ter uma excelente estabilidade térmica. Deve resistir à degradação ou à deformação provocadas pelo calor.
3. Excelente proteção ambiental: O invólucro do conetor automóvel tem de proteger a ligação de elementos ambientais como o pó, a humidade e outros contaminantes que podem levar à falha do circuito.
4. Durabilidade do plug-and-play: As metades macho e fêmea são concebidas para serem "plug-and-play". Os conectores devem ser concebidos para suportar um número específico de ciclos de acoplamento. Normalmente, devem manter a funcionalidade "plug-and-play" durante toda a vida operacional do veículo sem que as tomadas e os pinos percam a ligação ou se desgastem.

Materiais comuns utilizados para alojamentos de conectores automóveis

Os plásticos de engenharia de elevado desempenho, como o policarbonato (PC), o nylon e o polibutileno tereftalato (PBT), são normalmente escolhidos devido à sua leveza, elevada resistência mecânica, resistência ao calor e aos produtos químicos, durabilidade e propriedades de isolamento elétrico. Os materiais comuns utilizados para os invólucros dos conectores de cablagem para automóveis incluem:

• PBT: Tem grande força e resistência química. Utilizado principalmente em conectores retardadores de chama. No entanto, são propensos a problemas de contração.
• Nylon (PA6T, PA66): Possui uma elevada resistência mecânica e dureza. Tem também uma boa resistência ao desgaste e está disponível em versões retardadoras de chama.
• PC: Possui uma excelente resistência ao impacto e estabilidade aos raios UV.
• Polímero de cristais líquidos: Pode suportar temperaturas até 300 °C (527 °F), o que o torna ideal para ligações que geram calor elevado.

Requisitos e preocupações do cliente

O cliente abordou a First Mold para o fabrico de caixas de conectores para automóveis com duas preocupações principais. A primeira tinha a ver com a consistência dimensional da caixa do conetor. A First Mold tinha de equilibrar as dimensões e tolerâncias chave para uma montagem sem problemas e um funcionamento sem falhas.

O cliente também estava genuinamente preocupado com o custo de produção, considerando o grande número de conectores que entram em cada veículo. Por outras palavras, o cliente queria trabalhar com um fabricante de moldes que garantisse o menor custo por peça de conetor automóvel para produção em massa.

Desafios

As pequenas dimensões e as especificações de desempenho dos conectores de cablagem para automóveis apresentam um desafio único de fabrico de precisão. Por exemplo, espera-se que cada conetor macho encaixe apenas com o conetor fêmea correspondente para evitar o encaixe incorreto, que pode ocorrer por erro humano ou ligeiras discrepâncias dimensionais.

A manutenção da consistência dimensional e da tolerância (que o fabricante fixou em 0,02 mm) era extremamente importante para evitar uma união incorrecta e garantir que as peças se unissem firmemente. Por conseguinte, foi necessário implementar um design à prova de erros. Por exemplo, cada metade de encaixe foi concebida para ter orientações de fivela específicas que encaixam perfeitamente quando as duas se juntam.

No entanto, todas as modificações ao invólucro do conetor automóvel tinham de ser feitas em conformidade com as normas de desempenho automóvel estabelecidas, como a USCAR-20. Por outras palavras, o design tinha de cumprir os requisitos de fiabilidade e consistência de toda a indústria.

Uma vez que o cliente tinha como objetivo a produção em massa da peça, era necessário ter um molde que pudesse criar centenas de milhares de peças. Os especialistas da First Mold trabalharam em estreita colaboração com o projeto do cliente para fornecer soluções personalizadas para os desafios únicos apresentados pelo projeto.

Solução

Para cumprir a consistência dimensional e a tolerância apertada exigida pelo cliente para o seu conetor de cablagem automóvel, a First Mold teve de efetuar várias modificações na moldagem por injeção, incluindo a otimização do design da peça, a engenharia de precisão do molde e a implementação de um controlo rigoroso do processo.

Otimização do design de conectores para automóveis

A First Mold compreende que o primeiro passo para assegurar a consistência dimensional ocorre na fase de conceção. Por conseguinte, era importante aderir aos princípios do design para a manufacturabilidade, incluindo:

• Manutenção de uma espessura de parede uniforme para garantir a consistência do arrefecimento, o que minimiza o risco de retração diferencial.
• Utilizar raios de pelo menos 0,5x a espessura da parede para facilitar o fluxo de material e facilitar a ejeção. Esta estratégia também evita concentrações de tensão.
• A First Mold utilizou software de simulação para prever e resolver potenciais problemas como linhas de soldadura e empenos.

Seleção de material para o conetor automóvel do cliente

A escolha do material correto foi importante para manter a estabilidade dimensional e garantir que o produto cumpre as normas regulamentares. Com base nos requisitos únicos do cliente para o invólucro do conetor automóvel, foi tomada a decisão de utilizar poliamida (PA) reforçada com fibras de vidro 30%.

A poliamida, por si só, é dura e resistente ao desgaste. Também possui uma boa resistência química a combustíveis e óleos. O reforço com fibra de vidro 30% aumenta a sua resistência e rigidez, estabilidade dimensional, resistência ao calor (entre 120 °C e 180 °C) e resistência à fluência.

Conceção de moldes para o fabrico de caixas de conectores para automóveis

A criação de conectores de precisão com consistência dimensional e tolerância começa com a construção de moldes de alta qualidade. Primeiro molde utilizado maquinagem CNC de alta precisão para criar um molde com extrema atenção à cavidade para garantir que cumpre as especificações exactas do cliente.

Além disso, foram colocadas estrategicamente várias comportas para garantir um fluxo de material uniforme e uma distribuição da pressão. Isto foi necessário para minimizar as marcas de afundamento e deformação.

Conseguir uma boa relação custo-eficácia no fabrico de caixas de conectores para automóveis

Depois de avaliar corretamente o projeto de design do cliente, a First Mold sugeriu diferentes modificações do molde que ajudariam a reduzir os custos a curto e a longo prazo, como se segue:

• Moldes multi-cavidades: A utilização de moldes multi-cavidades de elevada eficiência e capacidade, em vez de moldes de cavidade única, garantiu ao cliente a produção de um maior número de conectores num único ciclo de molde. Isto ajudou o cliente a reduzir os seus custos de energia e de mão de obra.
• Canais de refrigeração optimizados: A First Mold também concebeu canais de arrefecimento eficazes e uniformes para assegurar uma distribuição consistente da temperatura ao longo do molde. Isto foi crucial para evitar o stress interno e a contração, bem como para encurtar os ciclos do molde.
• Programação da produção: A First Mold ajudou o cliente com uma gestão rigorosa da produção para maximizar a produtividade da oficina. Isto inclui a definição das horas de início e de fim de um ciclo de molde, bem como a identificação de factores que possam conduzir a tempos de paragem.

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