Tipos de fijaciones en la fabricación y cómo elegir la adecuada.

Tipos de sujetadores 

¿Sabes cómo se forman las estructuras y ensamblajes mecánicos complejos con uniones fuertes y fiables? Pues bien, los elementos de fijación son fundamentales para unir varias piezas mecánicas en un solo sistema o producto. Se trata de pequeños componentes de ferretería que vienen en diferentes variantes, como tuercas, tornillos, pasadores, etc.

El uso de elementos de fijación abarca desde simples artículos domésticos hasta complejos sistemas de ingeniería como aeronaves, electrónica, elementos arquitectónicos y motores de automóviles. Comprender la forma, la instalación, las funciones y las aplicaciones recomendadas de los distintos elementos de fijación le ayudará a elegir el tipo adecuado según sus necesidades. Analicemos los diferentes tipos de elementos de fijación y los factores a tener en cuenta al elegirlos. 

Empecemos. 

¿Qué es un sujetador?

Ejemplo de sujetador

A cierre Es un componente de hardware fundamental que se utiliza en grandes ensamblajes para unir dos o más componentes individuales, especialmente en piezas de chapa metálica en diversas industrias. No solo proporciona uniones seguras, sino que también resulta beneficioso para la distribución de la carga, el posicionamiento de las piezas, la estabilidad estructural, la retención de presión y la reducción de vibraciones.

El tamaño de un elemento de fijación puede variar desde un milímetro hasta unos pocos centímetros. Básicamente, son los pequeños componentes mecánicos que unen piezas grandes de forma segura. Algunos elementos de fijación, como tuercas y tornillos, crean uniones desmontables, mientras que otros crean uniones permanentes y, una vez instalados, no se pueden desmontar las piezas.  

Existen diferentes tipos de elementos de fijación, como tornillos, remaches, pasadores mecánicos y arandelas. Las siguientes secciones describirán brevemente estos tipos de elementos de fijación.

Sujetadores roscados

Sujetadores roscados Vienen con superficies roscadas internas, externas o de ambos tipos. Forman una unión fuerte con su par de fijación correspondiente.  Tornillos, tuercas, pernos y espárragos son los tipos más comunes de elementos de fijación roscados utilizados en la fabricación. Vamos a explicarlos brevemente.

Tornillos de sujeción 

Sujetadores de tornillo

Estas son las roscas más comunes que presentan ranuras helicoidales (u otras) en su superficie, similares a las de un clavo. Permiten fijar dos piezas metálicas de forma segura insertándolas en un orificio con rosca cruzada mediante un destornillador eléctrico. 

Los tornillos también pueden ser autorroscantes y roscantes. Al insertar y girar el tornillo en el orificio correspondiente, este se ajusta perfectamente y se une al componente creando una rosca hembra. 

• Tornillos para chapa metálica: Tornillos afilados y puntiagudos utilizados para láminas delgadas de metal o plástico. 
• Tornillos de retardo: Se trata de tornillos robustos de rosca gruesa con cabeza hexagonal. Los tornillos de cabeza hexagonal son adecuados para trabajos pesados ​​de carpintería y fijación estructural.
• Cabeza de tornillos: Estos tornillos cuentan con cabezas sobredimensionadas para una sujeción firme en montajes de maquinaria pesada. 

Tuercas de fijación 

Tuercas de fijación 

Las tuercas permiten unir componentes mecánicos sin necesidad de rosca interna. En su lugar, son los pequeños elementos de fijación con rosca interna que funcionan como un par de tornillos. Tienen el mismo tamaño y patrón de rosca que el tornillo correspondiente. 

Solo necesitas hacer un agujero del tamaño adecuado para las tuercas en la pieza de trabajo, luego insertar el perno y asegurar los componentes apretando la tuerca para obtener una unión fuerte y flexible.

Algunas variaciones típicas de frutos secos son las siguientes;

• Tuercas hexagonales: Se caracterizan por su forma hexagonal y se acoplan con el perno que tiene una geometría similar. 
• Tuercas de cabeza/acrón: Como su nombre indica, las tuercas ciegas se utilizan para cubrir el extremo del perno. 
• Tuercas para soldar: Estas uniones se sueldan en un lado de la junta para formar una unión permanente, y se utilizan normalmente para pernos largos y zonas de difícil acceso. 

Sujetadores de pernos 

sujetadores de pernos 

Lo que diferencia a los tornillos de los pernos es que necesitan tuercas para unir los componentes. Estas son las piezas con rosca macho, cabeza redondeada o plana, que se pueden apretar sin necesidad de atornilladores eléctricos. Los tornillos son útiles para ensamblajes sencillos y de alta resistencia. Soportan cargas elevadas y ofrecen una excelente resistencia mecánica. Las tuercas y los tornillos vienen en varios tamaños métricos estándar como M6, M8, M10, etc., generalmente desde M1.8 hasta M25. Sin embargo, también se pueden fabricar a medida. pernos personalizados con el tamaño que necesite para trabajos específicos. 

Además, existen diferentes tipos de pernos En el mercado se encuentran disponibles pernos hexagonales, pernos de cabeza cuadrada, pernos de doble extremo, pernos en U y cáncamos. 

Sujetadores de pernos

Sujetadores de espárrago

Un espárrago es un elemento de fijación roscado sin cabeza que presenta una o dos roscas en su extremo. En lugar de una cabeza, los espárragos se insertan y fijan en los componentes mediante roscas de doble extremo. Si el espárrago tiene rosca solo en un extremo, requiere un perno en el otro para una conexión segura.

Son ideales para una distribución uniforme de la carga y una alineación precisa de los componentes unidos. Los espárragos ofrecen un buen rendimiento bajo altas vibraciones y esfuerzos mecánicos. El uso común de espárragos es evidente en los ensamblajes de bloques de motor, sistemas de tuberías y maquinaria pesada.

• Pernos de doble extremo: Aquellos que tienen secciones roscadas en ambos extremos.
• Espárragos de rosca completa: Espárragos con roscas a lo largo de toda la varilla.
• Espárragos de brida: Aquellos que tienen bordes achaflanados junto con un cuerpo totalmente roscado. 
• Pernos hexagonales:  Espárragos roscados en ambos extremos con un hexágono en el centro. 

La siguiente tabla resume las diferencias entre los distintos tipos de fijaciones roscadas:

Remaches o fijaciones sin rosca 

tipos de remaches

Los remaches son un tipo de fijación que permite crear uniones fuertes y fiables sin necesidad de roscas internas ni externas. Son simplemente varillas sólidas y lisas con una cabeza y una cola en ambos extremos. Los remaches forman uniones permanentes, que se realizan insertando el remache en un agujero y deformando su cola, normalmente unas 1.5 veces el diámetro del remache. 

Existen varios tipos de remaches, incluyendo remaches macizos, ciegos, tubulares y especializados/personalizados. 

Remaches sólidos

Los remaches más comunes tienen un diseño sencillo. Consisten en un vástago macizo con un extremo reforzado con una cabeza que se inserta en un orificio, mientras que el extremo posterior se deforma para unir dos componentes. Se utilizan en maquinaria, estructuras de construcción, automoción y como elementos de fijación fiables. sujetadores aeroespaciales. 

Remaches ciegos 

Los remaches ciegos, también llamados remaches pop, unen dos o más piezas cuando solo se puede acceder a ellas desde un lado. Constan de un vástago y un mandril que se introduce a través del vástago para expandir el remache y crear una unión resistente. Los remaches ciegos son ligeros y se utilizan ampliamente en la construcción, la electrónica, la industria aeroespacial, la automoción y otros ensamblajes industriales. 

Remaches tubulares 

La estructura tubular hueca de estos remaches permite una fácil instalación con menor fuerza de deformación. Normalmente, el extremo posterior se ensancha hacia afuera para una conexión segura. Los remaches tubulares se utilizan en conductos de climatización, electrónica, luminarias y otras aplicaciones ligeras.

Remaches especializados/personalizados

Estos remaches se fabrican con una forma personalizada para cumplir con su función específica. Los remaches especializados pueden tener forma de anillo en R, de abanico o cualquier otra geometría personalizada según los requisitos. 

Remaches de agarre múltiple

Se trata de una variante de remache ciego con un rango de agarre extendido; pueden plegarse varias veces durante la instalación. Por lo tanto, los remaches multiagarre son ideales para unir piezas de diferentes espesores. Al retirar el mandril del cuerpo, este se comprime y expande para compensar la diferencia de espesor. 

La siguiente tabla resume las diferencias entre los distintos tipos de fijaciones sin rosca:

Sujetadores de pasador mecánicos 

pasadores mecánicos

Se trata de otro tipo de fijaciones sin rosca con diseño cilíndrico. Los pasadores mecánicos son útiles para alinear, ubicar, sujetar y asegurar múltiples componentes. Transmiten eficazmente la carga de cizallamiento dentro del conjunto.

Estos tipos de fijaciones son ideales para uniones temporales, ya que se pueden desmontar cuando sea necesario. A diferencia de los remaches o tornillos, su instalación se basa en la interferencia con el orificio, clips de bloqueo, fricción, acción de resorte y un mecanismo de deformación expandible. 

Ahora, veamos los tipos comunes de pasadores mecánicos utilizados en ensamblajes mecánicos:

• Pasadores o clavijas cilíndricas: Se trata de pasadores cilíndricos sencillos que fijan la posición de los componentes insertándolos en los orificios correspondientes. Los pasadores guía se utilizan en maquinaria, herramientas y en el montaje de diversos artículos industriales. 
• Pasadores de resorte: También llamados pasadores elásticos, constan de un orificio helicoidal en un extremo con un diámetro menor que el del cuerpo del pasador. Tras insertarlos en su posición, se ajustan firmemente mediante expansión. 
• Pasadores de chaveta: También conocidas como horquillas partidas, en forma de U o para el cabello. Su diseño consiste en un lazo en la base y extensiones. Tras insertarlas en el orificio, requieren un sujetador o pasador adicional para asegurar la unión. 
• Pasadores de rodillo: Se trata de un tipo especializado de pasadores elásticos fabricados con una tira enrollada, que se comprime en un orificio para un ajuste perfecto. Los pasadores elásticos son flexibles y ofrecen una buena capacidad de absorción de impactos. 

Lavadoras mecánicas 

lavadoras mecánicas 

Aunque las arandelas no son elementos de fijación propiamente dichos, se utilizan junto con los tornillos y tuercas. Estos componentes delgados en forma de disco se colocan debajo de la tuerca o el tornillo y la superficie de unión. 

Las arandelas son beneficiosas para la distribución de la carga y para prevenir el desgaste en la superficie de la junta. También evitan posibles daños durante el proceso de apriete y previenen el aflojamiento después de la instalación.

La siguiente lista describe los tipos comunes de arandelas mecánicas:

• Arandelas planas o lisas: Una arandela sencilla y común, delgada y plana, con un orificio en el centro. También sirve como espaciador entre la superficie de unión y el elemento de fijación. 
• Arandelas de muelle: Estas arandelas suelen tener forma helicoidal o cónica y buena flexibilidad axial. Se pueden usar arandelas elásticas para evitar que se aflojen y para soportar cargas dinámicas y vibraciones.
• Arandelas de seguridad: Como su nombre indica, las arandelas de seguridad mantienen la posición de los elementos de fijación bajo cargas y vibraciones elevadas. Pueden utilizarse para fijaciones helicoidales, dentadas y de cuña.

Sujetadores de clavos 

sujetadores de clavos

A menudo se confunden los clavos con los tornillos. La diferencia radica en que los clavos no tienen rosca helicoidal; su fijación depende completamente de la compresión y la fricción. Las cabezas están diseñadas para ser redondas o planas para aplicar dicha compresión. 

Normalmente, los clavos se utilizan para piezas de metal blando, principalmente para madera y láminas metálicas delgadas. Además, con una clavadora neumática se pueden instalar varios clavos a la vez, lo que reduce considerablemente el tiempo de instalación. 

• Clavos de alta resistencia: Se utilizan en la construcción y en maquinaria pesada. El vástago grueso proporciona la resistencia necesaria.  
• Brad Nails: Se trata de clavos muy finos, especializados para trabajos de molduras y paneles. 
• Clavo para techos: De menor longitud, con cabeza plana (o anillo) y utilizada en aplicaciones de techado. 

¿Qué materiales se utilizan para los elementos de fijación? 

El primer criterio para elegir el material de los elementos de fijación es el tipo de material de las piezas donde se utilizarán, seguido de los requisitos de la aplicación.  El acero, el acero inoxidable y el aluminio son las opciones de materiales más comunes para esto.

Además, los elementos de fijación también están recubiertos con un material secundario para mejorar la resistencia a la corrosión, el acabado y la estética. Algunos recubrimientos también mejoran las propiedades físicas, mecánicas y eléctricas. Los recubrimientos comunes para elementos de fijación son el recubrimiento de zinc amarillo, el cromado, el niquelado, el electrochapado y el recubrimiento de fosfato gris.

Consideraciones para elegir el tipo adecuado de fijaciones 

Dado que existen diversas variantes de fijaciones mecánicas, puede resultar confuso elegir la más adecuada para su aplicación, con el fin de lograr una resistencia y fiabilidad óptimas de la unión. Un único tipo de fijación no es la mejor solución en todas las situaciones; la elección depende de diversos factores.

Para elegir el tipo de fijación más adecuado para su uso previsto, debe tener en cuenta los siguientes factores. Analicemos brevemente las consideraciones más comunes.

Uso final o aplicación prevista

En primer lugar, defina los requisitos de sus aplicaciones. Por ejemplo, la resistencia de unión deseada, si las uniones deben ser desmontables o no, la capacidad de carga, el ajuste necesario y las condiciones de funcionamiento. El tipo de fijación que elija debe cumplir con todos estos requisitos. 

Tipo De Material 

A continuación, considere el tipo de material de las piezas que desea unir. Los componentes de fijación deben ser compatibles con el material de los elementos de fijación. Por ejemplo, elija elementos de fijación metálicos para unir piezas metálicas individuales. Generalmente, se recomienda utilizar el mismo material para los elementos de fijación o uno ligeramente más resistente.

Entorno operativo 

Considere el entorno en el que se utilizarán los componentes unidos o los sistemas ensamblados. Los sujetadores de acero inoxidable con recubrimiento de zinc son ideales para entornos corrosivos. El aluminio puede ser una buena opción para componentes ligeros que se ven afectados por el calor, entre otros.

Estética deseada

Además de los factores relacionados con la funcionalidad y el rendimiento, considere también la apariencia deseada. Esto es especialmente importante para elementos decorativos, arquitectónicos y muebles. Por lo tanto, elija cuidadosamente el elemento de fijación que ofrezca un buen rendimiento sin alterar el atractivo estético. 

Método de instalación 

Al elegir el tipo de fijación adecuado, tenga en cuenta los métodos y equipos de instalación disponibles. Por ejemplo, necesitará atornilladores eléctricos para instalar los tornillos, una remachadora para remachar, etc.

Proceso de fabricación de sujetadores

Si va a crear fijaciones personalizadas, considere también los métodos de fabricación disponibles para producirlas, como Mecanizado CNC, torneado y mecanizado de tornillos suizo. Esto garantiza que pueda fabricar elementos de fijación con las especificaciones requeridas.

Desafíos en el mecanizado CNC para la fabricación de sujetadores

Si bien el mecanizado CNC ha revolucionado la forma en que se producen los sujetadores, no está exento de desafíos. Aquí hay un vistazo a algunos de los obstáculos que los fabricantes podrían enfrentar:

• Selección de MaterialesElegir el material adecuado para el sujetador es fundamental, ya que sus propiedades influyen directamente en su rendimiento. No todos los materiales son fáciles de mecanizar, y los fabricantes deben sopesar la maquinabilidad, el costo y la aplicación final del sujetador al seleccionarlos.
• Sujetadores complejos de mecanizadoLos elementos de fijación pueden tener diversas formas y tamaños complejos. El mecanizado de piezas tan intrincadas requiere máquinas CNC avanzadas capaces de realizar movimientos en múltiples ejes y un operario cualificado que pueda configurar la máquina correctamente.
• Control de calidadGarantizar que cada elemento de fijación cumpla con las especificaciones requeridas es fundamental para mantener la integridad del producto. La producción en grandes volúmenes puede dificultar esta tarea, exigiendo técnicas de inspección avanzadas y automatización.

Tabla 4: Desafíos en el mecanizado CNC para la fabricación de sujetadores

Diseño de roscas para elementos de fijación y estandarización

Ejemplo de diseño de hilo

En el diseño de roscas se utilizan diferentes estándares para lograr uniformidad en la fabricación a nivel mundial. Los estándares y tamaños permiten a fabricantes y compradores elegir el tipo de fijación adecuado. Los estándares más comunes son el sistema métrico, ISO, UNC y UNF. 

Ahora, analicemos el papel de la geometría de la rosca y las tolerancias en el diseño de roscas.

Geometría del hilo

Primero, defina la geometría de la rosca, como la longitud, el paso, la profundidad, el ángulo (ángulo en V) y las tolerancias deseadas. Una rosca de paso fino soporta mayores cargas de tracción y minimiza el riesgo de aflojamiento. Los parámetros de diseño varían según el diámetro del vástago. 

Aquí tienes un ejemplo de cómo puedes elegir diferentes variables de diseño al diseñar los hilos. 

Tolerancia de roscas 

Si utilizas el Sistema Métrico, fíjate en la combinación de grado y posición. Puedes consultar clases de tolerancia como 6g/6H. En cambio, para el Sistema Unificado, consulta clases como 2A/2B. La tolerancia es fundamental, ya que influye directamente en la calidad del ajuste y la integridad estructural de las uniones mecánicas.

Recapitulación

Los elementos de fijación mecánicos son componentes esenciales para los ensamblajes. Unen de forma segura piezas de chapa metálica, fundición y mecanizado. Puede elegir entre diferentes tipos de elementos de fijación según los requisitos de su aplicación. Sin embargo, la producción de elementos de fijación compatibles y fiables para cualquier aplicación requiere equipos avanzados y personal especializado. 

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FAQ’s

¿Cuáles son los cinco tipos básicos de sujetadores?

Los tipos básicos de fijaciones son tornillos, pernos, tuercas, arandelas y remaches. Las tuercas y los pernos son fijaciones roscadas, los remaches no lo son, mientras que las arandelas distribuyen la carga y reducen el aflojamiento.

¿Cuál es su necesidad real de un elemento de fijación?

La función principal de un elemento de fijación es unir y posicionar mecánicamente componentes, transferir cargas y mantener la alineación. Algunos tipos de elementos de fijación también permiten el desmontaje cuando sea necesario.

¿Qué tipo de ensamblaje puede crear un elemento de fijación roscado?

Los elementos de fijación pueden crear ensamblajes tanto permanentes como temporales. Los tornillos y pernos con tuercas crean ensamblajes desmontables, mientras que los remaches forman uniones permanentes.