Cómo mantener la integridad de las uniones al pasar del metal al plástico.

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

Los insertos metálicos roscados mejoran significativamente la resistencia de las uniones en piezas plásticas y no son susceptibles a la deformación por fluencia. El mayor diámetro del cuerpo y el diseño del inserto permiten aplicar el par de apriete adecuado al tornillo. Estas uniones no se aflojan con el tiempo, ya que el latón garantiza una resistencia permanente a la fluencia a lo largo de toda la trayectoria de carga de la rosca. Además, los insertos permiten un montaje y desmontaje ilimitados 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 componentes metálicos fundidos o mecanizados por plástico más económico sin sacrificar el rendimiento.

Los requisitos de rendimiento típicos para los ensamblajes 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 de rotación es la fuerza rotacional necesaria para girar el inserto dentro del material plástico. Finalmente, la resistencia al desprendimiento (“pull-through”) es una combinación del par de rotación y la fuerza de tracción aplicados en sentido opuesto a la cabeza del inserto (véase la Figura 1).

Los orificios cónicos reducen el tiempo de instalación y garantizan la alineación adecuada del inserto con el orificio. Una ventaja adicional es la liberación más sencilla del pasador de núcleo. Solo deben utilizarse insertos cónicos en orificios cónicos. La desventaja es que los insertos cónicos no son simétricos y, por lo tanto, deben orientarse antes de la instalación.

El rendimiento del inserto se ve afectado por el diámetro del saliente plástico y/o el espesor de la pared. En general, el espesor de pared o el diámetro del saliente óptimo es de dos a tres veces el diámetro del inserto, disminuyendo este múltiplo relativo a medida que aumenta el diámetro del inserto. El espesor de la pared plástica debe ser lo suficientemente grande para evitar abultamientos durante la instalación y lo bastante resistente para soportar el par de apriete recomendado del tornillo de montaje. Las líneas de soldadura deficientes en las proximidades del inserto provocarán fallas y una reducción del rendimiento del inserto.

Los insertos postmoldeados que se prensan en frío dentro del orificio requieren diámetros de resalte y/o espesores de pared mayores para resistir las mayores tensiones inducidas durante la instalación. La instalación de los insertos mientras el plástico aún está caliente después del moldeo generalmente evita problemas.

El diámetro del orificio de paso en el componente acoplado es muy importante. El inserto, y no el plástico, debe soportar la carga. El orificio en el componente acoplado debe ser mayor que el diámetro exterior del tornillo de ensamblaje, pero menor que el diámetro del piloto o de la cara del inserto, para evitar el desprendimiento. Si se requiere un orificio mayor en el componente acoplado por motivos de alineación, se debe considerar el uso de un inserto con cabeza. Los insertos deben instalarse a ras de la superficie (o a no más de 0,13 mm (0.005”) por encima del orificio).

Si el componente de acoplamiento también es de plástico, debe considerarse el uso de un Limitador de Compresión para mantener la precarga de la unión roscada. Para que el Limitador de Compresión funcione correctamente, debe apoyarse contra el inserto de modo que el inserto, y no el plástico, soporte la carga.

Los insertos con cabeza ofrecen una superficie de apoyo mayor y, cuando es necesario, una superficie conductora. Las aplicaciones de alta carga pueden beneficiarse ubicando la cabeza en el lado opuesto a la carga en una configuración de tracción (véase la Figura 3). No se deben utilizar insertos cónicos en aplicaciones de tracción ni en salientes de pared delgada, ya que esto puede provocar el agrietamiento del plástico.