Ventajas de utilizar pasadores en espiral de carga ligera en comparación con pasadores ranurados en ensamblajes con materiales blandos
por Christie Jones, directora de marketing, vicepresidenta
En los últimos años, la tendencia en toda la industria ha sido explorar el uso de nuevos materiales con el fin de reducir el peso y los costos de procesamiento, o de ofrecer soluciones en aplicaciones donde materiales más tradicionales, como el acero, componentes mecanizados o piezas fundidas, no proporcionarían el mismo rendimiento.
Bajo estas consideraciones, el uso de plástico, aluminio y aleaciones blandas ha experimentado un aumento exponencial, y nada indica que esta tendencia vaya a detenerse. Por el contrario, a medida que los plásticos y los procesos de moldeo continúan avanzando, cada vez más aplicaciones que tradicionalmente se fabricaban en acero están siendo reevaluadas para superar los problemas que anteriormente impedían el uso de estos materiales más ligeros y más blandos, capaces de ofrecer un rendimiento igual o incluso superior.
Actualmente, es posible encontrar numerosos componentes plásticos utilizados en situaciones exigentes, como aplicaciones de alta temperatura, alta resistencia y resistencia química. Sin embargo, aunque el componente principal recibe una atención y un análisis de diseño significativos, los componentes complementarios y el método de fijación suelen descuidarse hasta las últimas etapas del proyecto. Además, se asume habitualmente que las piezas y los conceptos de diseño que funcionaban previamente en acero funcionarán igualmente con aleaciones más blandas y con plásticos.
En lo que respecta a las aplicaciones de fijación con pasadores en nuevos materiales, con frecuencia se opta por la alternativa más económica y por lo que es conocido en la industria. En muchos casos, se trata del pasador ranurado (de alta resistencia) conforme a la norma ISO 8752 (también conocido como roll pin), que existe desde hace muchos años y deriva de la antigua norma DIN 1481. Este pasador fue diseñado mucho antes de que los avances en técnicas de producción y en materiales hicieran viable la fabricación ligera y de alto volumen. El pasador ranurado ISO 8752 puede, de hecho, generar problemas significativos de montaje y de calidad en estos nuevos materiales. Su pared gruesa, combinada con una forma no perfectamente circular o en forma de herradura, no proporciona la flexibilidad necesaria para su uso en materiales relativamente blandos ; a menudo transfiere la carga del pasador a la pared del alojamiento, dañando el orificio y provocando fallos prematuros en el ensamblaje. Con el fin de reducir las desventajas asociadas al pasador ranurado de alta resistencia conforme a ISO 8752, se diseñó un pasador ranurado de carga ligera conforme a ISO 13337. La principal diferencia es el espesor de la pared del pasador. Una pared más delgada implica mayor flexibilidad, pero también una menor resistencia al corte, mientras que otros problemas importantes permanecen sin resolver. De hecho, la pared más delgada introduce nuevas limitaciones adicionales en lo que respecta a la resistencia a la fatiga.
Figura 1
Pasador en espiral de carga ligera (izquierda) y pasador ranurado (derecha)
Los pasadores de resorte ranurados de carga ligera (ISO 13337), similares al más común pasador ranurado de alta resistencia (conforme a ISO 8752), presentan una sección transversal en forma de herradura que, en muchos casos, provoca un efecto de raspado durante la inserción en el orificio. Además, el diámetro expandido del pasador en relación con el tamaño del orificio genera una ranura muy amplia. El resultado es un pasador cuya fuerza de inserción y la presión radial posterior contra la pared del orificio siguen siendo demasiado elevadas para la mayoría de las aplicaciones en materiales blandos, especialmente cuando los orificios se encuentran cerca del borde del componente. Asimismo, la presencia de la ranura implica una serie de problemas adicionales.
Figura 2
Ejemplo de Pasadores Ranurados entrelazados
- Esto permite que los pasadores se entrelacen (Figura 2), lo que dificulta y prolonga la alimentación y la instalación, un aspecto siempre crítico, especialmente en aplicaciones de alto volumen. Esta característica impide la alimentación e instalación automáticas de cualquiera de los dos tipos de pasadores ranurados.
- Normalmente, una vez instalado en el orificio recomendado, la ranura puede cerrarse por completo y el pasador se convierte en una pieza sólida incapaz de absorber los choques y las vibraciones (Figura 3) que se transmiten al conjunto durante su vida útil. Dado que el pasador no absorbe las fuerzas, las cargas se transfieren al material base, generalmente blando, lo que provoca daños en el orificio (agrandamiento) (Figura 5) y un fallo prematuro del ensamblaje.
Figura 3
Pasador ranurado instalado con la ranura cerrada o ‘a tope’
Figura 4
Condición no dinámica : pasador ranurado instalado que muestra la condición ‘a tope’, lo que impide que el pasador absorba cargas dinámicas
Figura 5
Dirección de la carga de impacto y alargamiento (agrandamiento) resultante del orificio
- A medida que los pasadores ranurados se introducen en el orificio, la ranura se va cerrando, creando una línea de concentración de esfuerzos en el lado opuesto a la ranura (Figura 6).
- Durante la fabricación de los pasadores ranurados, las tensiones del material se concentran a 180º de la ranura. Cuando el pasador flexiona en la aplicación, lo hace en ese mismo punto. El material más delgado del pasador ranurado de carga ligera conforme a ISO 13337 no puede absorber fácilmente esta tensión adicional, lo que provoca fatiga prematura y, en consecuencia, el fallo del ensamblaje.
- La resistencia al corte dependerá de la orientación del pasador con respecto a la orientación de las cargas aplicadas. Los pasadores ranurados deben orientarse de manera que se maximice su resistencia.
Figura 6
Condición de rotura : pasador ranurado tras un fallo por fatiga a 180° de la abertura
Figura 7
Condición normal : pasador ranurado con tres puntos de concentración de esfuerzos en el alojamiento.
Una solución mejor
Todos estos problemas pueden evitarse mediante la selección del pasador elástico adecuado. Los pasadores elásticos en espiral constituyen una mejor solución. Los pasadores en espiral pueden identificarse fácilmente por su sección transversal de 2-¼ vueltas.
La ausencia de una abertura elimina el anidamiento y el entrelazamiento de los pasadores.
Cuando los pasadores elásticos en espiral se introducen en el orificio, la compresión comienza en el borde exterior y avanza a través de las espiras hacia el centro. Como resultado, la unión presenta una distribución uniforme de esfuerzos y una resistencia y flexibilidad homogéneas, independientemente de la dirección de la carga (fuerza) aplicada.
Figura 8
270º de contacto con el orificio
Figura 9
Flexibilidad de instalación
Figura 10
En el sentido de las agujas del reloj : movimiento hacia el interior debido a la compresión
En sentido antihorario : movimiento inverso cuando se libera la presión
Como los pasadores elásticos en espiral no pueden quedar a tope, una vez instalados pueden seguir comprimiéndose bajo fuerzas adicionales, amortiguando los impactos y las vibraciones que, de otro modo, se transmitirían a la pared del orificio y causarían daños permanentes. El pasador elástico en espiral se convierte en un elemento activo del ensamblaje y prolonga la vida útil del producto final.
Desde el punto de vista de la fabricación, los pasadores elásticos en espiral también son un producto de mayor calidad. Estos pasadores presentan chaflanes conformados en ambos extremos (el chaflán biselado de ambos tipos de pasadores ranurados ISO es opcional en un lado para diámetros > Ø10 mm), y se fabrican con tolerancias de diámetro más estrechas (el 270º de la circunferencia queda dentro de la tolerancia especificada, a diferencia de un promedio de solo tres mediciones en el caso de los pasadores ranurados). Esto se traduce en una mayor superficie de contacto entre el pasador y su alojamiento en comparación con los tres puntos de contacto de un pasador ranurado. Los extremos rectos y de corte limpio son también una característica importante de los pasadores elásticos en espiral.
Los pasadores en espiral estándar de SPIROL se fabrican en tres cargas : carga alta (ISO 8748), carga estándar (ISO 8750) y carga baja (ISO 8751).

Los pasadores en espiral de carga baja ISO 8751 han sido diseñados específicamente para su uso en materiales de alojamiento blandos. El material más delgado y la relación de espiras especialmente diseñada proporcionan una flexibilidad adicional que se traduce en fuerzas de inserción reducidas, fuerzas axiales homogéneas y fuerzas radiales adecuadas para aplicaciones con materiales blandos. Permiten una instalación automatizada sin problemas, evitando daños en el orificio. En definitiva, la selección de un pasador elástico en espiral de carga ligera para alojamientos de material blando protegerá el orificio, reducirá los costes de preparación de los componentes, aumentará la productividad y mejorará la calidad global del producto final.
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COMPARACIÓN ENTRE PASADORES ELÁSTICOS RANURADOS DE CARGA LIGERA Y PASADORES ELÁSTICOS EN ESPIRAL |
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| Pasador Elástico Ranurado Ranura |
Pasador elástico en espiral de carga ligera |
Ventajas de los pasadores en espiral |
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Gap
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Sin ranura |
Sin enclavamiento, distribución uniforme de tensiones, resistencia y flexibilidad homogéneas, sin necesidad de orientación para maximizar la resistencia al corte, automatización sin problemas |
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Forma de herradura |
Contacto de 270º con el orificio |
Aumentar la fuerza de retención, mejorar la transmisión de cargas dinámicas |
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Chaflán biselado |
Chaflanes concéntricos conformados en ambos extremos |
Instalación más sencilla, el chaflán liso sin aristas vivas, protege el orificio |
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