Cómo mantener la integridad de la union al pasar del metal al plástico

Las secciones más débiles de muchos diseños de piezas plásticas son las uniones y los puntos de ensamble. Durante el ensamble con tornillos de los componentes acoplados, el tornillo debe apretarse con el par suficiente para producir la carga de tensión axial recomendada entre el componente principal y las roscas del tornillo, a fin de evitar que se afloje. Un problema común con las uniones atornilladas es que los plásticos son susceptibles a la fluencia o a la relajación de la tensión. Bajo cargas muy por debajo del límite elástico, los plásticos pierden su capacidad para mantener una carga. Cuando esto ocurre, la conexión roscada se afloja.

Los insertos roscados de metal mejoran significativamente la resistencia de las uniones en las piezas de plástico y no son susceptibles a la fluencia. El mayor diámetro y el diseño del cuerpo del inserto permiten aplicar el par de apriete adecuado al tornillo. Estas uniones no se aflojan con el tiempo, ya que el latón proporciona una resistencia permanente a la fluencia en toda la trayectoria de carga de la rosca. Además, los insertos permiten el montaje y desmontaje ilimitado de los componentes sin comprometer la integridad de las roscas. En última instancia, a menudo es el inserto metálico el que permite a los diseñadores sustituir los componentes metálicos fundidos o mecanizados por plásticos menos costosos sin sacrificar el rendimiento.

Los requisitos de rendimiento típicos para los ensambles que utilizan insertos incluyen la resistencia a la tracción, el par de rotación y la resistencia al deslizamiento. La resistencia a la tracción, o extracción, es la fuerza axial necesaria para sacar el inserto del material plástico. El par es la fuerza de rotación necesaria para girar el inserto en el material plástico. Por último, el deslizamiento es una combinación del par de rotación y la fuerza de tracción aplicada en sentido contrario a la cabeza del inserto (véase la figura 1).

Los agujeros cónicos reducen el tiempo de instalación y garantizan la alineación adecuada del inserto con el agujero. Una ventaja adicional es que el inserto se desprende más fácilmente del pasador central. Solo se deben utilizar insertos cónicos en agujeros cónicos. La desventaja es que los insertos cónicos no son simétricos y, por lo tanto, deben orientarse correctamente antes de la instalación.

El rendimiento del inserto se ve afectado por el diámetro y/o el grosor de la pared del plástico. Por lo general, el grosor óptimo de la pared o el diámetro del saliente es de dos a tres veces el diámetro del inserto, y el múltiplo relativo disminuye a medida que aumenta el diámetro del inserto. El grosor de la pared de plástico debe ser lo suficientemente grande como para evitar abultamientos durante la instalación y lo suficientemente resistente como para soportar el par de apriete recomendado para los tornillos de montaje. Las líneas de unión deficientes en las proximidades del inserto provocarán fallos y reducirán el rendimiento del inserto.

Los insertos postmoldeados que se presionan en frío dentro del orificio requieren diámetro del saliente y/o espesores de pared mayores para soportar las mayores tensiones inducidas durante la instalación. Instalar los insertos mientras el plástico aún está cálido después del moldeo generalmente evita problemas.

El diámetro del orificio de paso en el componente de acoplamiento es muy importante. El inserto, y no el plástico, debe soportar la carga. El orificio del componente de acoplamiento debe ser mayor que el diámetro exterior del tornillo de montaje, pero menor que el diámetro piloto o frontal del inserto para evitar que se salga. Si se requiere un orificio más grande en el componente de acoplamiento para fines de alineación, se debe considerar un inserto con cabeza. Los insertos deben instalarse a ras (o a no más de 0,13 mm (0,005") por encima del orificio).

Si el componente de acoplamiento también es de plástico, se debe considerar el uso de un limitador de compresión para mantener la precarga de la unión roscada. Para que el limitador de compresión funcione correctamente, debe estar en contacto con el inserto, de modo que sea este, y no el plástico, el que soporte la carga.

Los insertos con cabeza proporcionan una superficie de apoyo más amplia y, si es necesario, una superficie conductora. Las aplicaciones de alta carga pueden beneficiarse de colocar la cabeza en el lado opuesto a la carga, en una configuración de “pull-through” (véase la Figura 3). No se deben utilizar insertos cónicos en aplicaciones de “pull-through” ni en diámetro del saliente de pared delgada, ya que esto puede provocar grietas en el plástico.