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 cerca de 99% dos invólucros de sensores automotivos são 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?

Cerca de 99% dos 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.