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PolskaLos beneficios de los pasadores en espiral de servicio ligero
Por Adolf Valasek – Ingeniero de Aplicaciones
Ventajas generales de los pasadores en espiral
Los pasadores en espiral son fijaciones mecánicas utilizadas para diversas funciones, como articular, alinear y unir dos o más piezas. Su método de retención se basa en la tensión radial que se genera por la interferencia con el componente base. La principal diferencia con otros métodos de fijación que también se apoyan en la interferencia es que los pasadores en espiral están diseñados para ser el elemento flexible y adaptable de la unión. Estos pasadores ejercen una tensión radial constante contra la pared del orificio, lo que les permite proteger el componente base de posibles deformaciones o daños permanentes. Gracias a su diámetro flexible, los pasadores en espiral admiten una tolerancia de orificio mucho más amplia, lo que reduce el costo de fabricación del componente base.
El término “Spring Pin” es un término general. Existen otros tipos de elementos de fijación que cumplen con la definición anterior, de los cuales dos son los más comunes : los pasadores elásticos ranurados y los pasadores elásticos en espiral. Los pasadores elásticos ranurados se reconocen por su sección transversal en forma de C, mientras que los pasadores elásticos en espiral tienen una sección transversal de 2 ¼ vueltas y constituyen la opción más flexible, ya que están fabricados con múltiples capas de material más delgado y no presentan ranura, lo que evita limitar su flexibilidad al cerrarse.
Izquierda : Pasadores en espiral , Derecha : Pasador ranurado.
Las tres obligaciones y las diferencias entre ellas
El pasador en espiral está disponible en tres niveles de resistencia : ligero, estándar y pesado, lo que permite a los diseñadores elegir el equilibrio óptimo entre resistencia, flexibilidad y diámetro del pasador según la aplicación específica. Los tres niveles presentan la misma formación de 2 ¼ espiras, siendo la principal diferencia física entre ellos el espesor del material base, que determina su flexibilidad y resistencia.
Los pasadores elásticos en espiral están disponibles en versiones de servicio pesado, estándar y ligero.
Normalmente, el “nivel de carga” óptimo está determinado por el material base de la aplicación y su resistencia/dureza, así como por los requisitos funcionales específicos del pasador dentro del conjunto. Se recomienda el nivel ligero para materiales plásticos, fundiciones de metales blandos (como zinc y aluminio inyectado) y materiales frágiles como la cerámica. El nivel estándar se recomienda para aceros suaves (como aceros sin tratamiento térmico y hierro fundido) y metales no ferrosos (como bronce y aluminio), mientras que el nivel pesado se reserva para aceros endurecidos o entornos con fuertes impactos y vibraciones. No obstante, el tipo de material base solo limita el uso de los niveles más pesados. El objetivo es diseñar un pasador lo suficientemente resistente para soportar la carga aplicada, pero también lo bastante flexible para aislar y proteger el material del orificio, blando o frágil, de las fuerzas transmitidas. Un pasador demasiado rígido para la carga y el material base no se deformaría, pudiendo dañar el orificio y provocar el fallo del conjunto. Por el contrario, los pasadores enrollados en espiral de nivel ligero pueden utilizarse en todo tipo de materiales base, lo que los hace extremadamente versátiles, especialmente en aplicaciones de alineación donde la fuerza aplicada sobre el pasador es limitada.
Comparación de Resistencia
La versión baja resistencia representa la opción más flexible de las tres, aunque sigue ofreciendo una resistencia suficiente para la mayoría de las aplicaciones. De hecho, el nombre baja resistencia no refleja realmente la solidez que posee.
La Tabla 1 presenta una comparación entre los pasadores en espiral de acero con alto contenido de carbono tipo baja resistencia y los pasadores ranurados sólidos de acero con bajo contenido de carbono, conforme a la norma ASME B18.8.9M.
La diferencia de resistencia del pasador ranurado varía desde apenas 1,2 kN hasta 8,2 kN más que la del pasador elástico de espiral ligero. Teniendo en cuenta que la mayoría de los conjuntos que utilizan pasadores elásticos de espiral ligera se montan en materiales blandos o frágiles, la realidad es que la resistencia de este tipo de pasador suele ser más que suficiente y, de hecho, a menudo supera la resistencia del material base. (Aunque parezca increíble, la resistencia de un único pasador elástico de espiral ligera de 6 mm basta para soportar el peso de un automóvil de pasajeros). Además, la gran mayoría de las aplicaciones se someten solo a cargas que representan una fracción de la resistencia total del pasador. (Recordemos que estamos hablando en kilo newtons, es decir, cientos o miles de kilogramos de carga). En este sentido, la mayor resistencia del pasador macizo no aporta ningún beneficio adicional al conjunto, ya que normalmente no es necesaria. En general, si el pasador no forma parte de un mecanismo de transmisión de potencia ni soporta cargas elevadas, su resistencia última al corte no constituye un factor crítico.
| Diámetro (mm) | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | |
| Resistencia al corte doble (kN) | Pasador espiral de baja carga | 2.3 | 3.3 | 5.7 | 9 | 13 | 23 |
| Pasador ranurado macizo | 3.5 | 5 | 8.8 | 13.8 | 19.9 | 31.2 | |
| Diferencia de resistencia (kN) | 1.2 | 1.7 | 3.1 | 4.8 | 6.9 | 8.2 | |
Tabla 1
Ventajas del pasador en Espiral para servicio ligero
Seleccionar un pasador en espiral de servicio ligero para una aplicación puede aportar múltiples beneficios al conjunto, tanto a nivel funcional como comercial.
Fuerza de inserción reducida
El beneficio más notable de un pasador de servicio ligero es su menor fuerza de inserción, resultado de una mayor flexibilidad. La fuerza de inserción de un pasador en espiral de servicio ligero es un 50 % inferior a la de un pasador en espiral de servicio estándar y un 75 % inferior a la de un pasador en espiral de servicio pesado o un pasador ranurado. Además, el modelo de servicio ligero ofrece la mejor relación entre resistencia al corte y fuerza de inserción. Esto significa que, en los casos en que no existan limitaciones de diámetro del pasador, siempre será más fácil instalar un pasador en espiral de servicio ligero de mayor diámetro que un pasador en espiral de servicio estándar o pesado de menor diámetro pero con resistencia al corte equivalente. La instalación manual de los pasadores de servicio ligero también resulta menos exigente físicamente para los operarios, mejorando la ergonomía y la seguridad en la línea de montaje.
Menor coste de ensamblaje
Los pasadores en espiral de servicio ligero están fabricados con menos materia prima (como se indicó anteriormente), lo que se traduce en un precio unitario inferior en comparación con otros niveles de servicio. Sin embargo, lo más atractivo son los posibles ahorros en el costo total de ensamblaje. Dado que los pasadores en espiral de servicio ligero requieren una menor fuerza de inserción, el equipo de instalación de los elementos de fijación no necesita ser tan potente, lo que permite reducir el gasto en bienes de capital. De hecho, al comparar un pasador en espiral de servicio ligero con un pasador macizo rígido, y considerar los menores costos de material, los menores costos del equipo de instalación y el menor costo de mecanizado del diámetro del orificio requerido en el material base, el pasador en espiral de servicio ligero presenta el costo total de ensamblaje más bajo!
Protege el componente anfitrión
Dada la flexibilidad superior del pasador en espiral de carga ligera, la cantidad de presión radial y la tensión ejercidas sobre el material base son las más bajas entre todas las opciones de pasadores en espiral, lo que reduce significativamente la probabilidad de dañar el material incluso en condiciones de corte. Esta característica hace que el modelo de carga ligera sea ideal para materiales blandos o frágiles, así como para aplicaciones en las que la unión debe seguir siendo desmontable o mantenible. La Figura 1 muestra una comparación de las tensiones radiales generadas por distintos tipos de pasadores. Cuanto más ancha y colorida es la banda alrededor del diámetro del pasador, mayor es la tensión ejercida sobre el material del orificio.
Figura 1
De izquierda a derecha: Pasador Sólido, Pasador Ranurado, Pasador en Espiral de alta resistencia, Pasador en Espiral de resistencia estándar, Pasador en Espiral de baja resistencia
Aplicaciones típicas en las que el uso ligero es primordial
Alineación
En una aplicación típica de alineación, el pasador sirve únicamente para alinear dos componentes durante el montaje. Una vez asegurados mediante otros métodos de fijación, el pasador deja de tener una función activa. Durante estas etapas, la fuerza de cizallamiento aplicada al pasador es prácticamente nula. Los componentes tradicionales utilizados para aplicaciones de alineación incluyen pasadores sólidos rectificados con precisión, pasadores calibrados conformados en frío, pasadores en espiral y pasadores helicoidales. Los pasadores en espiral y los pasadores helicoidales no requieren una tolerancia tan estricta en el orificio receptor y, además, facilitan el montaje. Ambos representan una solución mucho más económica en comparación con los pasadores sólidos rectificados con precisión. Entre las diferentes versiones de pasadores helicoidales, el modelo de baja carga resalta todas estas ventajas y constituye una excelente solución para la mayoría de las aplicaciones de alineación.
Para conocer un ejemplo detallado de aplicación de los pasadores en espiral de servicio ligero en un conjunto de cuerpo de válvula de aluminio para automoción, lea nuestra historia de aplicación.
Light Duty Coiled Spring Pins in an aluminum automotive valve body assembly
Bisagras
Las bisagras de punto de giro manuales o simples son otro ejemplo en el que no se requieren grandes exigencias de resistencia al corte. Por lo tanto, representan una excelente aplicación para los pasadores enrollado en espiral de ligera resistencia, tanto por su facilidad de montaje como por su reducido coste global, ofreciendo al mismo tiempo una solución altamente funcional. Con el tipo de ligera resistencia, también es muy sencillo conseguir una bisagra de fricción de alta calidad y con una buena “sensación” al tacto.
Un subconjunto especial de este segmento son los estuches cosméticos, donde los pasadores enrollados en espiral de servicio extra ligero con 1½ espiras, desarrollados especialmente, constituyen la solución estándar de la industria para las bisagras de estuches de alta calidad.
Los pasadores enrollados en espiral de carga ligera se utilizan como pasadores de bisagra de ajuste libre dentro del protector de las hojas de sierras circulares.
Los pasadores enrollados en espiral estéticos de la Serie 550 de SPIROL ofrecen una bisagra de fricción de alta calidad durante toda la vida útil del conjunto.
Fijación
Para aquellas situaciones en las que dos componentes se unen y la unión no está sometida a grandes esfuerzos ni debe soportar cargas, el pasador enrollado en espiral de servicio ligero es una excelente opción, ya que permite aprovechar plenamente todas sus ventajas.
Ejemplos típicos incluyen la unión entre componentes de plástico y metal (como una varilla medidora de aceite), el conjunto eje/cubo (sin transmisión de par), entre otros.
Conclusión
En conclusión, los pasadores elásticos en espiral de servicio ligero ofrecen numerosas ventajas en diversas aplicaciones, entre ellas menores costes de componentes y de ensamblaje, protección del material base y facilidad de instalación. Por lo tanto, los pasadores elásticos en espiral de servicio ligero deben considerarse siempre en aquellas aplicaciones que no requieran una alta capacidad de carga.
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Un pasador enrollado en espiral de carga ligera sujeta el anillo de plástico a la varilla metálica de una varilla medidora de aceite automotriz. Estos pasadores pueden instalarse fácilmente con el insertador manual de pasadores modelo PM de SPIROL.
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