Cómo garantizar la integridad de uniones atornilladas al usar un limitador de compresión en un ensamble de plástico

Se han ensamblado manualmente varias combinaciones de elementos de fijación para determinar las diferencias aproximadas en materia de eficiencia. Los resultados son los siguientes:

El ensamble mediante tornillo con arandela incluida fue el más rápido, seguido por el limitador de compresión con cabeza, que debe estar orientado. Como se esperaba, añadir un tercer componente (la arandela) retraso significativamente el proceso de montaje; requiriendo el doble de tiempo. 

Cuando el montaje es automatizado, resulta imperativo asegurarse de que el diseño es lo más eficiente posible. Añadir un tercer componente, como una arandela, podría no ser deseable en ensambles automatizados debido a las dificultades que supone la alimentación y alineación. Otros factores comunes que afectan a la eficiencia incluyen el numero de componentes y facilidad de orientación. Todos los tornillos, limitadores de compresión con cabeza y algunas arandelas requieren orientación. Debido a su cabeza, relativamente baja respecto a la relación del diámetro externo y la longitud corta, los limitadores de compresión con cabeza y las arandelas son más difíciles de orientar mecánicamente que los tornillos. Por el contrario, los limitadores de compresión simétricos no precisan orientación. Un ensamble de tornillo con arandela incluida solo requiere la orientación de un componente, mientras que un limitador de compresión con cabeza o arandela exige la orientación de dos componentes.

El uso de un limitador de compresión con cabeza o un tornillo con arandela incluida en una aplicación de servicio, podría ser preferida ya que no habría una arandela suelta que pueda ser omitida durante el re-ensamble de la pieza. Estos sistemas también son preferibles en aplicaciones con varias ubicaciones de ensamble y/o un control de calidad deficiente. 

Generalmente, los elementos de fijación son los componentes menos costosos en un ensamble. El siguiente cuadro muestra los precios representativos de cada combinación de componentes presentados anteriormente en base a un uso anual de 1 millon de ensambles que incorporan una unión M6. 

Las diferencias del costo relativo entre tornillos y limitadores de compresión varían en función del proveedor de componentes y de las características del tornillo. De estas tres combinaciones potenciales, el método con una arandela, tornillo y limitador de compresión sin cabeza ofrece el costo más bajo para controlar la superficie de apoyo. Sin embargo, como afirmamos anteriormente,  a menudo el costo de los elementos de fijación es significativamente bajo comparado con el costo total del ensamble.

A continuación se muestra un análisis del costo total estimado de cada configuración asumiendo una tarifa por mano de obra de $50 USD/hora para ensamblar 1 millón de componentes: 

Este análisis no incluye los costos administrativos asociados con el pedido, manipulación y el mantenimiento del inventario de los componentes como el de los proveedores. Añadir un tercer componente puede incrementar estos costos. Además, si se trata de un proceso de ensamble automatizado, la tecnología necesaria para alimentar y orientar una arandela también incrementará el costo total. No obstante, un tornillo con arandela incluida o arandela puede sustituir a un limitador de compresión con cabeza en la mayoría de las aplicaciones para aumentar la eficiencia del ensamble y reducir el costo total del ensamble.

El mejor método para asegurar una superficie de apoyo adecuada sobre el plástico en un montaje atornillado depende  de los requisitos y limitaciones de la aplicación. La arandela puede ser la solución preferente en aplicaciones de menor volumen y/o que no requieran servicio. En aplicaciones de mayores volúmenes, automatizadas y/o que requieran trabajos de servicio, una solución de limitador de compresión sin cabeza con un tornillo con arandela incluida es el conjunto más fácil de ensamblar y de menor costo total. Las configuraciones con arandela o tornillo con arandela incluida ofrecen una solución de menor costo que el uso de un limitador de compresión con cabeza. 

Aunque este artículo ofrece pautas de diseño generales, se recomienda consultar a ingenieros de aplicaciones especializados en elementos de fijación y unión para garantizar el uso de una unión configurada correctamente para cada caso