Prensas de montaje: pasadores y tacos

En el clásico juego Ponle la cola al burro, los jugadores usan un alfiler para sujetar la cola al burro. Sin embargo, en un burro de juguete de metal o plástico, un alfiler no podría mantener la cola en su lugar, especialmente si necesita moverse de alguna manera. Una mejor opción para esta aplicación es una clavija de metal sólido.

"Los pasadores se utilizan ampliamente para la alineación, pero también pueden funcionar muy bien como superficie de apoyo para la rotación", explica Mike Apsey, director de ingeniería y desarrollo de productos de Driv-Lok Inc. "Otro beneficio es que se pueden quitar y reemplazar con el usuario final sin distorsión”.

Driv-Lok fabrica pasadores desde principios de la década de 1960 y pasadores con ranura desde 1941. Este último tipo de pasador presenta tres ranuras equidistantes alrededor de la circunferencia.

Hace unos años, un proveedor automotriz de actuadores de nivel 1 necesitaba un sujetador para asegurar una pequeña cubierta de plástico a la carcasa protectora de aluminio de un actuador. El sujetador también tenía que garantizar la conectividad en todas las condiciones climáticas y evitar la rotación del actuador.

El equipo de ingeniería de Driv-Lok desarrolló un pasador ranurado tipo U en miniatura que se presiona en la carcasa a través de la cubierta en tres puntos. Los pasadores evitan cualquier movimiento de la cubierta y el actuador, al tiempo que garantizan la conectividad. Además, los pasadores se introducen automáticamente en la prensa para reducir los costos de instalación, según Apsey.

Las ranuras y los pasadores son sólo dos de los muchos que los fabricantes utilizan para ensamblar piezas tan diversas como motores de vehículos, pistones de compresores y compactos de polvos de maquillaje. Igualmente importantes para los fabricantes son las clavijas metálicas, que garantizan la alineación adecuada de los componentes acoplados con una preparación mínima de los orificios.

Tanto los pasadores como las clavijas son rentables, se instalan fácilmente y tienen un historial de éxito de décadas. No es de extrañar que sean cada vez más populares entre los fabricantes de una amplia gama de industrias, sobre todo la automoción, los dispositivos médicos y la recreación.

Se utilizan muchos tipos de pasadores para el ensamblaje y se clasifican en sólidos o huecos, con forma simétrica o asimétrica. Los pasadores macizos simétricos incluyen pasadores, estriados, moleteados, dentados y de ferrol. Las versiones de estos pasadores con cabeza plana y redonda, también conocidos como pernos, se consideran asimétricas.

Los pasadores huecos simétricos tienen ranuras y resortes enrollados. Todos los tacos son huecos simétricos y tienen un cuerpo dividido o sin costuras.

Los pasadores y clavijas miden de 0,03125 a 1,5 pulgadas de diámetro y hasta 6 pulgadas de largo. Por lo general, están hechos de acero inoxidable o con bajo contenido de carbono, diversas aleaciones, aluminio, latón o titanio. Los acabados incluyen pasivado, no pasivado y óxido negro.

La clavija es un cilindro liso de metal, aunque puede estar achaflanado en cada extremo para facilitar la inserción. Este pasador generalmente se endurece y fabrica con diámetros y longitudes fraccionales precisos y se usa como bisagra, eje o pivote para ubicar o mantener juntas las piezas.

El pasador soporta la mayor fuerza de corte que cualquier pasador de sujeción. Se prefiere para ensamblajes de alta producción porque no requiere hardware de sujeción adicional para inserción u operaciones secundarias.

Según Apsey, las ranuras de un pasador ranurado se forman mediante una operación de estampado en la que tres herramientas penetran el diámetro nominal del metal del pasador a intervalos de 120 grados. Esta penetración desplaza una cantidad controlada de metal a cada lado de la herramienta ranuradora, formando una porción elevada a lo largo del lado de cada ranura.

"Este tipo de pasador es ideal para uniones permanentes o aquellas que requieren pivotamiento o rotación, así como para la ubicación de piezas", dice Apsey. "Muchos fabricantes prefieren utilizar pasadores ranurados para tornillos en conjuntos que están expuestos regularmente a altas vibraciones".

Los pasadores moleteados están disponibles con moleteados rectos, helicoidales o con configuración de diamante. A diferencia de un pasador recto, donde la retención es proporcionada por la interferencia uniforme entre el pasador y el orificio, los pasadores moleteados están diseñados para cortar los componentes del host, señala Christie Jones, directora de marketing y vicepresidente de SPIROL International Corp. Sin embargo, ninguno de los dos estriados. Ni los pasadores ranurados requieren las estrechas tolerancias que necesitan los pasadores macizos de precisión.

"El desplazamiento del material anfitrión hacia los valles de los moleteados produce más área de contacto de fricción entre el pasador y el orificio, lo que resulta en una mayor retención", dice Jones. “Con nuestros pasadores moleteados helicoidales, un moleteado de 30 grados hace que el pasador gire cuando ingresa al orificio, creando aún más contacto superficial con el anfitrión. Esto da como resultado mayores fuerzas de fricción, mayor compromiso y mayor resistencia al retroceso”.

Apsey dice que las moletas con configuración de diamante de Driv-Lok se pueden hacer en ciertos puntos del pasador o en todo el pasador. Dice que la forma de diamante proporciona una mayor fuerza de retención axial para evitar que se salga que los moleteados rectos o helicoidales, y que algunos clientes seleccionan la configuración de diamante simplemente por su apariencia.

Diseñados para su uso en plástico y metal blando, dependiendo del pasador de este último material, los pasadores de púas tienen púas elevadas externas que están en ángulo hacia atrás o en dirección opuesta a la inserción. A medida que se inserta el pasador, el material receptor rellena el área alrededor de las púas, lo que da como resultado una resistencia máxima a la fuerza axial y un conjunto seguro y resistente a manipulaciones.

SPIROL presentó su pasador de púas Press-N-Lok el otoño pasado. Según Jones, el pasador tiene púas opuestas en cada extremo que retienen permanentemente dos componentes de plástico entre sí. La principal limitación del pasador es que no es apropiado para plásticos quebradizos o aquellos que contienen un alto porcentaje de cargas de vidrio.

Una entrada grande garantiza la alineación con el orificio y facilita la instalación, que es un proceso de dos pasos. Después de instalar los pasadores en la mitad inferior del conjunto, se utiliza una prensa para sujetar la otra mitad coincidente.

"Un pasador de Ferrol es similar a uno de púas en el sentido de que también proporciona una fijación positiva y es una alternativa rentable a los tornillos y clavos de púas convencionales", explica Apsey. “La diferencia es que el pasador de Ferrol tiene un anillo acanalado alrededor y arriba y abajo de su eje. El material fluye completamente alrededor de este anillo y crea un ajuste perfecto”.

Un importante fabricante de asientos infantiles para automóvil utiliza un perno de ferrol Drive-Lok para mantener en su lugar el reposabrazos a cada lado de un asiento de plástico específico. Los reposabrazos giran libremente mientras mantienen el ajuste perfecto requerido, pero retirar el pasador es prácticamente imposible. Apsey dice que, anteriormente, se usaba un tornillo estándar para sujetar cada reposabrazos. Sin embargo, el movimiento hacia arriba y hacia abajo finalmente aflojó los tornillos.

El pasador de resorte en espiral consta de una envoltura helicoidal de 2-1/4 de acero al carbono, inoxidable o de aleación. Su diámetro exterior oscila entre 0,03125 y 0,75 pulgadas y su longitud estándar no suele ser superior a 6 pulgadas. El diámetro exterior del pasador es ligeramente mayor que el diámetro del orificio para garantizar la retención, señala Mike Pasko, ingeniero de aplicaciones de SPIROL.

Cuando se dimensiona e instala correctamente, el pasador ofrece un mínimo de 270 grados de contacto radial en el orificio. Otro beneficio es la capacidad de resistir golpes y vibraciones. Esto aísla el material del agujero de las fuerzas y contribuye a prolongar la vida útil del conjunto.

Los pasadores de resorte ranurados son sujetadores económicos de tipo cizalla que se bloquean automáticamente. Apsey dice que su dimensión de gran tamaño ejerce fuerzas radiales al insertarlos para mantener firmemente los pasadores en su lugar. Los usos comunes incluyen ser espaciadores, puntos de tope y bisagras en miles de aplicaciones industriales exigentes, pero que no son de precisión.

Los tacos huecos simplifican el montaje facilitando la inserción de los sujetadores. También mantienen una alineación precisa dentro de las tolerancias de los orificios.

Los casquillos de clavija de SPIROL permiten que un tornillo o perno de fijación pase a través del diámetro interior después de la instalación. Las clavijas huecas rectificadas de la empresa pueden reemplazar directamente las clavijas sólidas rectificadas estándar (según ISO 8734) y usarse donde se requiere tolerancia de línea central y alineación de precisión. Se forman pasadores de resorte alrededor de los ejes para garantizar la redondez y al mismo tiempo ubicar con precisión los componentes uno al lado del otro.

Apsey dice que las clavijas huecas divididas Driv-Lok ahorran a sus clientes fabricantes entre un 30 y un 40 por ciento (en comparación con las clavijas tradicionales) en costos de producción, peso y mano de obra al eliminar el escariado y el acabado de los orificios. Los pasadores se utilizan como espaciadores, limitadores de compresión o donde se atornillan dos mitades de un conjunto.

La empresa también ofrece tacos huecos sin costura para aplicaciones donde no se permite o no se desea una costura. Estos tacos se pueden utilizar como localizadores, espaciadores o separadores y están disponibles en varios materiales y acabados, además de estar tratados térmicamente.

“Para pasadores y clavijas, el ajuste a presión es el método de instalación estándar”, dice Chuck Rupprecht, gerente general de BalTec Corp. “La instalación puede ser permanente o temporal, y es un proceso simple que generalmente se realiza con un dispositivo manual, neumático o de mesa. prensa hidráulica. También se realiza el prensado automatizado, aunque en esa situación es necesario tener un volumen extremadamente alto para obtener un retorno de la inversión razonable”.

Se prefieren las prensas de acción recta a las prensas de palanca. La cantidad de fuerza necesaria para presionar las piezas depende de la dureza, la resbaladiza y el acabado superficial de los materiales; el tamaño, espesor y geometría de las piezas; y la cantidad de interferencia entre ellos, es decir, la diferencia de tamaño entre la pieza insertada y el agujero.

Como regla general, los pasadores macizos deben ser 0,0002 pulgadas más anchos que el diámetro nominal del orificio. Por ejemplo, un orificio estándar de 0,25 pulgadas de diámetro recibirá una clavija que tendrá un diámetro entre 0,2501 y 0,2503. Los pasadores de gran tamaño generalmente se usan para encajar en orificios desgastados (para reemplazar los pasadores) y tienen un diámetro 0,001 pulgadas más ancho que el diámetro nominal.

Los pasadores sólidos rectos tienden a tener las tolerancias de orificios más estrictas cuando se insertan en metal, dice Jones. Con un pasador ranurado o moleteado endurecido, el material receptor se deforma, pero no tanto como con un pasador macizo recto. Cuando cualquiera de estos pasadores se utiliza en plástico, los agujeros se moldean y el plástico es más indulgente.

Las clavijas sólidas de precisión requieren un orificio perforado y escariado con precisión antes de colocarlas a presión en su lugar. Por el contrario, para los resortes helicoidales y los pasadores ranurados sólo hay que perforar, lo que reduce los costes de preparación, afirma Jones. Cuando se introducen en un orificio, la acción del resorte de estos últimos pasadores les permite comprimirse y asumir el diámetro del orificio.

Según Rupprecht, los pasadores que requieren menos de 4 kilonewtons de fuerza se pueden instalar con una prensa manual. Este tipo de prensa suele tener un mecanismo antibloqueo para asegurar la correcta inserción del pasador. El mecanismo requiere que el operador complete completamente la inserción del pasador antes de que el ariete de la prensa se detenga por completo.

Los pasadores que requieren 4 o más kilonewtons de fuerza para su inserción deben instalarse con una prensa neumática o hidráulica. Rupprecht señala que, aunque son más caras desde el principio, estas prensas permiten controlar la curva fuerza-distancia.

La serie DA de prensas neumáticas de acción directa de BalTec es modular y puede tener el tamaño exacto para cualquier aplicación de inserción de pasadores o clavijas. Las longitudes de carrera estándar varían de 40 a 120 milímetros en incrementos de 20 milímetros, aunque se pueden solicitar longitudes especiales. Las prensas utilizan control a dos manos, producen una fuerza constante en toda la carrera y pueden integrarse con los controladores IPC de la empresa para estaciones de trabajo individuales. Una caja de cambios en ángulo recto permite un ajuste sencillo de la altura del cabezal de la prensa. Las prensas son silenciosas (menos de 75 decibeles) y prácticamente no requieren mantenimiento, ya que todas las piezas móviles están montadas sobre cojinetes.

"Los pasadores elásticos en espiral tienen varias características que contribuyen a una automatización sin problemas", dice Jones. “Nunca se encajan ni se entrelazan porque no tienen ranuras. Y sus extremos cuadrados y de corte limpio, combinados con un chaflán de entrada suave y concéntrico y un radio combinado, eliminan los bordes y ángulos afilados que pueden morder la pared del orificio, reduciendo así la fuerza de inserción requerida”.

Los pasadores ranurados, a menos que sean de fabricación de alta calidad verificada, nunca deben instalarse automáticamente, ya que muchos no tienen chaflanes ni extremos cuadrados de calidad. Al entrar en el área de escape de la máquina, el extremo desigual de este pasador tiende a engancharse en el pasador que se encuentra encima en el tubo de alimentación e impedir el avance. La ranura del pasador también puede atascar el mecanismo de inserción del pasador de la máquina.

Los pasadores simétricos tienen un perfil continuo y son ideales para la inserción automatizada, afirma Pasko. Son los más fáciles de alimentar porque requieren poca o ninguna orientación. Todo lo que se necesita es una máquina que entregue las piezas en línea recta al tubo de alimentación y luego las mueva hasta algún tipo de equipo de inserción.

La inserción automatizada de pasadores asimétricos es más desafiante porque requieren una orientación de un extremo a otro mediante herramientas costosas. Según Pasko, los pasadores con cabezas con diámetros de cabeza o ejes inconsistentes tienden a atascarse en el riel de alimentación. Los pasadores de cabeza plana son mejores que los de cabeza redonda para la automatización, ya que es más fácil presionar una herramienta de inserción plana sobre una superficie plana mientras se mantiene recto el sujetador.

“Las clavijas huecas requieren aproximadamente la mitad de fuerza que los pasadores para una inserción adecuada”, señala Rupprecht. "Esta directriz se aplica al material metálico o plástico que la clavija bloquea o retiene después de la inserción".

Dice que la instalación se puede realizar con una prensa o golpeando la clavija en su lugar con un martillo o mazo. Algunas clavijas también se pueden insertar automáticamente.

Jim es editor senior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.