Guia de projeto de carcaças para sensores automotivos: materiais, espessura de parede e tolerâncias

Quase todos os invólucros de sensor automotivo em produção são uma carcaça de aço inoxidável estampada por repuxo profundo. Este guia aborda o que isso significa para o repuxo: qual grau se adequa a cada sensor, quão fina pode ser uma parede repuxada, as tolerâncias que determinam se a peça monta, e os pontos de projeto que causam a maior parte do refugo de invólucros de sensor. É escrito para o engenheiro ou comprador que precisa liberar um desenho de invólucro, e é a mesma revisão que a Balford aplica durante o DFM.

Se você já possui um desenho,envie-o para uma análise de DFMe retornaremos com o material, a sequência de estampagem profunda e as características que precisam ser controladas.

1. O que um invólucro de sensor precisa cumprir

Uma carcaça de sensor não é uma peça estética. Sua função é mecânica e é avaliada por quatro critérios:

Localize o elemento sensor.O elemento tem de ficar numa posição conhecida em relação à rosca de montagem ou ao boss, sempre, ao longo de milhões de peças.
Vedação contra o meio.O líquido de arrefecimento, o óleo, o combustível ou os gases de escape não devem atingir o elemento nem escapar pelo exterior da carcaça.
Resista ao ambiente.Sal de estrada, poeira de freio, impacto de pedras, fluido de arrefecimento à base de glicol, misturas de combustível, ciclos térmicos e vibração, por toda a vida útil do veículo.
Faça isso com uma espessura de parede com a qual o fabricante do sensor possa trabalhar.Paredes finas são o que torna possível um sensor leve e de resposta rápida, e também são o que torna a peça difícil de estampar por repuxo profundo.

2. Por que os invólucros de sensores automotivos são quase sempre de aço inoxidável

O número é praticamente universal porque a alternativa falha de forma previsível. Um invólucro de aço-carbono precisa ser galvanizado para resistir ao líquido de arrefecimento e ao sal de estrada; o revestimento tem uma tolerância de espessura que se acumula sobre a tolerância da parede; o revestimento é mais fino exatamente onde mais importa, nas arestas de corte e nas roscas; e galvanizar uma peça de alta resistência introduz o risco de fragilização por hidrogênio. O aço inoxidável é resistente à corrosão em toda a sua seção, portanto nenhum desses problemas existe.

Requisito	Aço carbono revestido	Aço inoxidável
Resistência à corrosão	Apenas onde o revestimento está intacto	Ao longo de toda a secção da parede
Tolerância de espessura	Parede + revestimento, duas tolerâncias a manter	Apenas parede
Bordas cortadas e roscas	Revestimento mais fino, primeiro a corroer	Não afetado
Fragilização por hidrogênio	Risco em peças de alta resistência após a galvanoplastia	Não aplicável
Etapa de processo adicional	Galvanoplastia, mais frete e inspeção de recebimento	Apenas passivação
Aplicação em escapamento de alta temperatura	Não adequado	304 / 310S classificados para temperaturas de escape

3. Qual grau de aço inoxidável para cada sensor

Tipo de sensor	Classe	Motivo
Oxigênio / lambda, a montante	304, 310S	Gás de escape até 900 °C e choque térmico na partida
NOx	304, 310S	Temperatura elevada combinada com condensado ácido
Temperatura dos gases de escape (EGT)	304, 316L, 310S	Temperatura elevada contínua com vibração
ABS / velocidade das rodas	304, 316L	Sal de estrada, poeira de travão e impacto de pedras; não magnético, pelo que não perturba o sinal alvo
Temperatura do líquido de arrefecimento / da água	Latão(C3604, C3771) ou aço inoxidável 304 / 316L	O latão conduz calor cerca de 10× mais rápido que o aço inoxidável, portanto o poço termométrico responde mais cedo - vejacarcaças de latão para sensores de temperaturaO aço inoxidável assume o controle onde os cloretos ou fluidos de corte agressivos inviabilizam o latão
Pressão de óleo / combustível e pressão de rail	304, 316L	Compatibilidade com combustível, óleo e aditivos sob pressão
Posição, velocidade, came ou manivela (circuito magnético)	430 / 1.4016	O aço inoxidável ferrítico é magnético e pode formar o caminho de retorno

Magnético ou não magnético é uma decisão de projeto, não uma decisão de custo.O 304 e o 316L são efetivamente não magnéticos e constituem a escolha certa quando o alojamento não pode interferir num campo magnético. Quando o alojamentoéparte do circuito magnético, o aço inoxidável ferrítico 430 é o material — e então o desenho deve considerar tanto as propriedades magnéticas quanto as dimensões.

4. Limites de espessura de parede e relação de estampagem profunda

A maioria dos invólucros de sensores automotivos é estampada por repuxamento profundo com uma parede entre cerca de0,3 mm e 1,0 mm, dependendo do diâmetro, do grau e se a parede é afinada deliberadamente durante a estampagem profunda.

Espessura inicialé determinado pela resistência exigida pelo corpo da válvula, e não pelo processo de estampagem profunda. Um blank mais fino se conforma com mais facilidade, mas pode não suportar a rosca ou a face de vedação.
Redução da espessura da parede(estampagem por repuxo com parede reduzida) é utilizada quando o desenho exige uma parede mais fina do que o blank. Solicite-a explicitamente — se não for especificada, o fornecedor normalmente deixará a parede com a espessura do blank e a peça ficará mais pesada do que o previsto no desenho.
Taxa de estiramentodetermina o número de estágios. O aço inoxidável sofre encruamento rapidamente, portanto o primeiro repuxo costuma ser mais conservador do que seria para aço de repuxo profundo, e os estágios seguintes absorvem menos deformação.
Recozimento intermediárioé necessário quando a sequência não consegue atingir o diâmetro final sem que o material ultrapasse o seu limite de conformação. Trata-se de um custo de processo, que deve ser planeado em vez de descoberto durante o tryout.
O raio importa mais do que a tonelagem.Um raio de matriz apertado concentra a deformação e provoca fissuras na parede reta; um raio demasiado aberto enruga o flange. A janela de trabalho estreita-se à medida que o aço endurece mais por deformação.

5. Tolerâncias que determinam se a carcaça se monta

As tolerâncias gerais seguem o desenho. Onde o desenho é omisso, trabalhamos conforme a ISO 2768-m e sinalizamos as características que exigem controle mais rigoroso na etapa de DFM. Na prática, cinco características determinam se uma carcaça de sensor funciona:

Característica	Por que isso importa	Como é feita a verificação
Espessura da parede	Resistência, profundidade de rosca, peso e propriedades magnéticas	Micrómetros de medição externa e de três pontos para furos
Concentricidade / excentricidade	O elemento fica fora de eixo se o furo e o diâmetro externo não forem coaxiais.	Calibrador de concentricidade
Passo da rosca e verificação por calibres	A carcaça deve ser aparafusada no boss e vedar de forma estanque.	Calibres de rosca passa / não passa
Acabamento da face de vedação	A vedação depende do acabamento superficial, e não apenas da dimensão	Medidor portátil de rugosidade superficial (Ra)
Comprimento e profundidades de degrau	Define a profundidade de inserção do elemento no meio	Medidores digitais de profundidade e altura

6. Pontos de projeto que mais causam refugo em carcaças de sensores

Um raio desenhado mais fechado do que o grau permite.A causa mais comum de paredes retas trincadas. Aumente o raio da matriz ou adicione uma etapa.
Uma espessura de parede especificada sem indicar como é obtida.Se o desenho exige uma parede de 0,4 mm a partir de um blank de 0,8 mm, especifique "estampagem por estiramento com afinamento" (ironed) - caso contrário, a peça será entregue com 0,8 mm.
Uma rosca especificada numa parede estampada demasiado fina para a comportar.O engate da rosca necessita de material. Ou se espessa a parede localmente ou se desloca a rosca para um elemento usinado.
Uma face de vedação conforme desenhada.Uma superfície estampada por repuxo é geralmente demasiado rugosa para vedar; especifique o acabamento e faça com que o plano de processo inclua uma passagem de maquinagem ou cunhagem.
Requisitos magnéticos que surgem após a ferramentaria.Se a carcaça faz parte de um circuito magnético, o grau do material e a rota de recozimento fazem parte do projeto, e não de um ajuste posterior à fabricação do ferramental.
Limites de limpeza e rebarbas deixados sem especificação.Os elementos sensores são sensíveis a partículas soltas; especifique o requisito de limpeza no desenho.

7. O que incluir no desenho

Grau do material e se o invólucro deve ser não magnético ou magnético
Espessura inicial, espessura final da parede e se a parede é estirada por repuxo
Concentricidade ou excentricidade entre o furo e o diâmetro externo
Especificação da rosca e o calibre que será utilizado
Acabamento da face de vedação (Ra) e a superfície que deve vedar
Requisitos de limpeza e rebarbas
Qualquer requisito de tratamento térmico, recozimento ou passivação
Volume anual e tamanho de lote previsto — isto determina se o ferramental será um projeto progressivo, de transferência ou de operação única

Envie o desenho com esses pontos e a análise de DFM poderá ser específica em vez de genérica. A Balford dispõe de capacidade de prensagem de 25 t a 350 t, estampa até Ø250 mm e fabrica o seu próprio ferramental, pelo que a análise é devolvida com uma prensa, um conceito de estampo e uma sequência de fases em vez de uma lista de questões.

Perguntas frequentes

Todos os invólucros de sensores são fabricados em aço inoxidável?

Quase todos os invólucros de sensores automotivos são de aço inoxidável. As exceções são geralmente invólucros que não ficam expostos a um meio corrosivo, ou invólucros de latão para sensores de temperatura do líquido de arrefecimento, nos quais o comportamento térmico e galvânico é aceitável. O alumínio é utilizado em alguns corpos de sensores de pressão, nos quais o peso é mais importante do que a margem de resistência à corrosão.

É possível estampar por embutimento profundo um invólucro de sensor em aço inoxidável em vez de usiná-lo?

Sim, e a estampagem profunda é normalmente muito mais económica em volume. Um invólucro estampado por deep drawing forma a carcaça numa única peça, sem aparas e sem maquinagem do perfil exterior; a maquinagem fica então limitada à face de vedação, à rosca ou a um furo que tenha de ser mantido com uma tolerância mais apertada do que a conformação consegue alcançar. A decisão resume-se habitualmente ao volume anual e ao quão apertados são os diâmetros críticos.

Qual é a espessura mínima de uma parede de aço inoxidável estampada por repuxo profundo?

Os invólucros de sensores geralmente apresentam espessura de parede entre 0,3 mm e 1,0 mm. Abaixo de aproximadamente 0,3 mm, os fatores limitantes são o manuseio, o engajamento da rosca e o risco de deformação da parede durante a montagem, e não o próprio processo de estampagem profunda.

Qual é a diferença entre o 304 e o 316L para uma carcaça de sensor?

Ambos são austeníticos e não magnéticos. O 316L adiciona molibdênio, o que melhora a resistência a cloretos e a alguns meios de processo, sendo, portanto, preferido onde a carcaça fica exposta a sal de estrada, névoa salina ou química agressiva de fluido de arrefecimento. O 304 é adequado para a maioria das aplicações com fluido de arrefecimento e temperatura, além de ser mais barato. Com o 316L, o maior teor de liga também torna a conformação um pouco mais difícil, o que pode alterar o número de estágios de estampagem profunda.

Um invólucro de sensor em aço inoxidável precisa de passivação?

Sim, se a peça tiver sido usinada, retificada ou manuseada com ferramentas de aço-carbono. A passivação remove o ferro livre da superfície para que a camada de óxido de cromo possa se reformar, e é isso que impede que um pequeno ponto de contaminação se transforme em um pite de corrosão.