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PolskaLa elección de elementos de fijación para maximizar la vida de los ensambles
Christie L. Jones, Market Development Manager
Descargar este Documento TécnicoGeneralmente los elementos de fijación son los componentes más pequeños y más baratos de un conjunto o ensamble de piezas. A pesar de ser los encargados de mantener todas las piezas en su lugar, muy a menudo no se les dedica el tiempo de diseño necesario, dejándose para el final. Pese a su importancia, los ingenieros de diseño no reciben ninguna formación reglada ni formal sobre los mecanismos de unión y ensamble. (Algo en lo que es mejor no pensar cuando se viaja en avión.)
Un conjunto de componentes se puede asegurar a través de distintos métodos: bulones, remaches, tornillos o pasadores, por citar sólo algunos. Estos métodos se clasifican en dos categorías: (1) aquellos que necesitan dos componente o dos operaciones para quedar asegurados y (2) aquellos donde los componentes se ‘auto-retienen’. El reto del ingeniero de diseño es elegir aquel método que combine la mayor calidad de unión con un coste de fabricación reducido. En la mayoría de las aplicaciones un pasador auto-retenedor es la solución óptima. La dificultad reside en elegir el pasador que proporcione la combinación de resistencia y flexibilidad adecuada a cada aplicación. Desde un punto de vista técnico, cuando se aplica una carga algo tiene que ceder, o bien el pasador, o bien el agujero, o bien otro elemento del ensamble. Un pasador demasiado rígido dañaría las paredes del agujero, agrandándolo, lo que conduciría a un fallo prematuro del ensamble. Un pasador demasiado flexible fallará fácilmente a fatiga bajo cargas dinámicas.
Pasadores sólidos
Los pasadores sólidos están disponibles en múltiples diseños. Algunos ejemplos incluyen pasadores lisos, pasadores moleteados y pasadores estriados. Los pasadores sólidos son muy resistentes y relativamente inflexibles. No absorben ni choques ni cargas dinámicas, sino que los transmiten a los componentes en los que se instalan. Si bien hay multitud de aplicaciones donde un pasador sólido es una solución efectiva, si existen cargas dinámicas estas deben ser examinadas con detalle. Por ejemplo, existe la creencia general de que los pasadores sólidos son la mejor opción frente a cargas elevadas. Lejos de ser cierto, muy a menudo la excesiva rigidez de los pasadores sólidos crea daños en los agujeros lo que conduce al fallo prematuro. Por otro lado, la utilización de una materia prima más blanda minimiza el daño al agujero pero reduce enormemente la resistencia del pasador. La alternativa pasa por un pasador elástico tratado térmicamente, a menudo más resistente que pasadores sólidos y con una f lexibilidad inherente que maximiza la vida del ensamble en aplicaciones dinámicas de alta solicitación.
La rigidez de los pasadores sólidos provoca agrandamiento del agujero
Pasadores elásticos
Existen dos tipos de pasadores elásticos: pasadores elásticos ranurados y elásticos en espiral. Común a ambos tipos es la mayor flexibilidad y el hecho de permitir mayores tolerancias de agujero que los pasadores sólidos.
Pasadores ranurados
Pasadores en espiral
Pasadores elásticos ranurados
La flexibilidad de un pasador reduce los costes de fabricación de los componentes a ensamblar. Sin embargo hay un número de importantes desventajas de los pasadores ranurados que limitan su utilización en nuevos diseños – especialmente en aquellas aplicaciones con componentes fabricados en materiales blandos tales como aluminio y plástico, y particularmente bajo cargas dinámicas.
El pasador elástico ranurado es sustancialmente menos f lexible que el pasador elástico en espiral y está obligado a flexar a 180º de la ranura. Estos hechos pueden conducir al fallo prematuro del ensamble.
Además, los pasadores ranurados son muy difíciles de alimentar e instalar automáticamente. Su campo de aplicación son aquellos ensambles no críticos, compuestos por componentes de acero y que se ensamblan manualmente.
Bajo carga se produce una concentración de tensiones a 180º de la ranura de los pasadores ranurados
La posibilidad de engarzado de los pasadores ranurados hace extremadamente difícil la alimentación e instalación automática
Pasadores elásticos en espiral
Los pasadores en espiral fueron inventados para dar solución a los problemas planteados por los pasadores ranurados, y para ofrecer al ingeniero de diseño la posibilidad de seleccionar la combinación de resistencia y flexibilidad que se adaptara a los requisitos específicos de cada aplicación. Utilizando pasadores en espiral podemos obtener la combinación óptima de resistencia y flexibilidad, en cualquier material. Los pasadores para carga ligera (también llamados de ejecución ligera) se recomiendan habitualmente para aplicaciones con materiales blandos o frágiles. Los pasadores para carga normal se recomiendan en aceros dulces y componentes no férricos. El uso de pasadores para carga alta debería limitarse a componentes endurecidos.
Los pasadores en espiral absorben choques y vibraciones durante la operación normal, asegurando de esta manera una larga vida útil del ensamble, y son idóneos para alimentación e instalación automática en aplicaciones de altos volúmenes.
Flexibilidad bajo carga
Los pasadores en espiral están en contacto con el agujero en 270
Los pasadores en espiral se utilizan como bisagras, pasadores de alineamiento, pasadores stop y para asegurar el ensamble de varias piezas (por ejemplo de un engranaje en un eje). Los pasadores en espiral no se recomiendan normalmente para seguir levas o donde hay una longitud de interferencia con el agujero reducida. En estas aplicaciones es mejor seleccionar un pasador sólido con características que aseguren la retención, como cabezas, moleteados, etc.
Teniendo en cuenta las múltiples posibilidades a la hora de ensamblar componentes, es aconsejable servirse de los servicios de Ingeniería de Aplicaciones ofrecidos por los principales fabricantes de elementos de f ijación. Al colaborar con los expertos en unión y ensamblaje, los ingenieros de diseño tendrán la certeza de que sus ensambles están equipados con la solución más efectiva, tanto a nivel económico como técnico, que garantizará el rendimiento y la integridad de la aplicación durante toda su vida útil.
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