Solderless press in connection: analisi FEM della connessione e prove di conformità meccanica, termica ed elettrica

Il lavoro di tesi in esame si è occupato dello studio strutturale, termico ed elettrico di una connessione elettrica particolare presente nel settore automotive, il press-fit. Le parti che compongono questa connessione sono il pin e il foro del PCB, le quali incastrandosi con interferenza una nell’altra generano continuità meccanica ed elettrica senza l’ausilio di una successiva saldatura come di solito avviene nei tradizionali circuiti stampati. La mancanza della saldatura ha molti benefici su questo genere di connessione poiché evita di stressare termicamente le schede e permette assemblaggi molto più rapidi e di conseguenza meno costosi. Attraverso il reverse-engineering si sono creati su un programma CAD 3D due modelli di questa connessione, adatti ciascuno ad un proprio diametro. Essi variano per lo spessore del lamierino da cui sono ricavati e per la forma della punta che va ad inserirsi nel foro ramato del PCB, anche detto PTH. Il passo successivo è stato quello di simulare attraverso gli elementi finiti la fase di inserimento del pin nel foro ricavandone forza di inserimento, andamento degli stress, deformazioni e forza di contatto tra punta e foro. Con alcuni dei dati ricavati, si è simulato l’effetto termico dell’operazione di inserimento per verificare la comparsa di microsaldature per attrito tra gli starti di rivestimento dei due componenti che creano la connessione. Successivamente si è simulato il comportamento elettrico della connessione per individuare le zone più critiche al passaggio di corrente. Come ultima analisi si è stimata la forza di estrazione del pin attraverso semplici formule matematiche. Una volta ricavati i risultati dell’analisi sono state realizzate le modifiche sui modelli 3D, purtroppo nessuna delle due punte iniziali avrebbe retto agli stress di inserimento. I modelli revisionati vengono analizzati attraverso l’analisi FEM cercando le stesse incognite viste in precedenza. Contemporaneamente al lavoro di analisi è stato effettuato quello di realizzazione dello stampo, i pin vengono realizzati dalla combinazione di due lavorazioni di deformazione plastica, quella di tranciatura e quella di coniatura. Attraverso uno stampo progressivo viene formata la punta del pin partendo dalla bobina di un lamierino di bronzo. Realizzato lo stampo sono stati tranciati i primi prototipi dei provini pronti ad essere testati e confrontati con i risultati delle analisi FEM. Grazie all’utilizzo di una macchina di trazione e allo svolgimento di prove, elettriche e visive si è potuto constatare la vicinanza o il distacco dei risultati reali da quelli previsti dalle simulazioni.