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PolskaLa elección de elementos de fijación para maximizar la vida de los ensambles
por Christie Jones, directora de marketing, vicepresidenta
Generalmente, los elementos de fijación son los componentes más pequeños y más económicos de un conjunto o ensamble de piezas. A pesar de ser los encargados de mantener todas las piezas en su lugar, con frecuencia no se les dedica el tiempo de diseño necesario, dejándolos para el final. Pese a su importancia, los ingenieros de diseño no reciben una 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 puede asegurarse mediante distintos métodos: bulones, remaches, tornillos o pasadores, por citar solo algunos. Estos métodos se clasifican en dos categorías: (1) aquellos que requieren dos componentes o dos operaciones para quedar asegurados y (2) aquellos en los que los componentes son auto-retenidos. El reto del ingeniero de diseño consiste en elegir el método que combine la mayor calidad de unión con el menor coste de fabricación posible. En la mayoría de las aplicaciones, un pasador auto-retenedor representa la solución óptima. La dificultad radica en seleccionar el pasador que proporcione la combinación de resistencia y flexibilidad adecuada para cada aplicación. Desde un punto de vista técnico, cuando se aplica una carga, algo debe ceder: el pasador, el orificio o algún otro elemento del ensamble. Un pasador demasiado rígido dañará las paredes del orificio, agrandándolo, lo que podría conducir a un fallo prematuro del conjunto. En cambio, un pasador demasiado flexible fallará fácilmente por fatiga bajo cargas dinámicas.
Pasadores sólidos
Los pasadores sólidos están disponibles en múltiples diseños. Algunos ejemplos incluyen pasadores lisos, moleteados y estriados. Estos pasadores son muy resistentes y relativamente inflexibles. No absorben los choques ni las cargas dinámicas, sino que las transmiten a los componentes en los que se instalan. Aunque existen numerosas aplicaciones en las que un pasador sólido constituye una solución eficaz, en presencia de cargas dinámicas estas deben analizarse con detenimiento. Por ejemplo, existe la creencia generalizada de que los pasadores sólidos son la mejor opción frente a cargas elevadas. Nada más lejos de la realidad: con frecuencia, la rigidez excesiva de los pasadores sólidos provoca daños en los orificios, lo que puede conducir a un fallo prematuro. Por otro lado, el uso de una materia prima más blanda puede minimizar el daño en el orificio, pero reduce considerablemente la resistencia del pasador. La alternativa ideal consiste en utilizar un pasador elástico tratado térmicamente, generalmente más resistente que los pasadores sólidos y con una flexibilidad inherente que maximiza la vida útil del conjunto en aplicaciones dinámicas sometidas a altas solicitaciones.
La rigidez de los pasadores sólidos provoca agrandamiento del agujero
Pasadores elásticos
Existen dos tipos de pasadores elásticos: los pasadores elásticos ranurados y los pasadores elásticos en espiral. Ambos tipos se caracterizan por su mayor flexibilidad y por permitir tolerancias de orificio más amplias 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, existen importantes desventajas de los pasadores ranurados que limitan su utilización en nuevos diseños, especialmente en aquellas aplicaciones con componentes fabricados en materiales blandos, como el aluminio y el plástico, y particularmente bajo cargas dinámicas.
El pasador elástico ranurado es sustancialmente menos flexible que el pasador elástico en espiral y está obligado a flexionarse a 180° desde la ranura. Estos factores pueden conducir al fallo prematuro del conjunto.
Además, los pasadores ranurados son muy difíciles de alimentar e instalar de forma automática. Su campo de aplicación se limita a aquellos conjuntos no críticos, compuestos por componentes de acero y ensamblados manualmente.
Bajo carga se produce una concentración de tensiones a 180º de la ranura de los pasadores ranurados
a posibilidad de engarzado de los pasadores ranurados hace extremadamente difícil la alimentación e instalación automática
Pasadores elásticos en espiral
Los pasadores elásticos en espiral fueron inventados para resolver 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 adapte a los requisitos específicos de cada aplicación. Utilizando pasadores elásticos en espiral, se puede obtener la combinación óptima de resistencia y flexibilidad en cualquier material. Los pasadores de carga ligera (también llamados de ejecución ligera) se recomiendan habitualmente para aplicaciones con materiales blandos o frágiles, como plásticos, aluminio o fundiciones. Los pasadores de carga normal se recomiendan en aceros dulces y componentes no ferrosos. El uso de pasadores de carga alta debe limitarse a componentes endurecidos.
Los pasadores elásticos en espiral absorben choques y vibraciones durante la operación normal, asegurando así una larga vida útil del ensamblaje, y son idóneos para alimentación e instalación automática en aplicaciones de alto volumen.
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 alineación, pasadores de tope y para asegurar el ensamblaje de varias piezas (por ejemplo, de un engranaje en un eje). Normalmente, no se recomienda el uso de pasadores en espiral para seguir levas o en situaciones donde la longitud de interferencia con el orificio sea reducida. En estos casos, es preferible seleccionar un pasador sólido con características que garanticen la retención, como cabezas, moleteados, etc.
Teniendo en cuenta las múltiples posibilidades a la hora de ensamblar componentes, se aconseja aprovechar los servicios de Ingeniería de Aplicaciones ofrecidos por los principales fabricantes de elementos de fijación. Al colaborar con expertos en unión y ensamblaje, los ingenieros de diseño podrán tener la certeza de que sus conjuntos están equipados con la solución más eficaz, tanto desde el punto de vista económico como técnico, garantizando el rendimiento y la integridad de la aplicación durante toda su vida útil.
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