Prensas de Montaje: Pasadores y Pasadores

En el juego clásico Pin the Tail on the Donkey, los jugadores usan un alfiler para unir 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 un pasador de metal sólido.

"Los pasadores se usan ampliamente para la alineación, pero también pueden funcionar muy bien como una superficie de apoyo para la rotación", explica Mike Apsey, director de ingeniería y desarrollo de productos en Driv-Lok Inc. "Otro beneficio es que pueden quitarse y reemplazarse por el usuario final sin distorsión".

Driv-Lok fabrica pasadores de espiga desde principios de la década de 1960 y pasadores ranurados desde 1941. El último tipo de pasador presenta tres ranuras equidistantes alrededor de la circunferencia.

Hace unos años, un proveedor de actuadores de automoción 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 Enginomics 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 pines 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.

Los pasadores ranurados y de espiga son solo dos de los muchos que los fabricantes utilizan para ensamblar piezas tan diversas como motores de vehículos, pistones de compresores y compactos de maquillaje en polvo. De igual importancia para los fabricantes son los pasadores metálicos, que aseguran la alineación adecuada de los componentes acoplados con una preparación mínima del orificio.

Tanto los pasadores como las espigas 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, en particular la automotriz, la de dispositivos médicos y la recreación.

Muchos tipos de pasadores se utilizan para el ensamblaje y se clasifican como sólidos o huecos, con una forma simétrica o asimétrica. Los pasadores simétricos sólidos incluyen pasadores, ranurados, moleteados, dentados y de ferrol. Las versiones de cabeza plana y redonda de estos pasadores, también conocidos como espárragos, se consideran asimétricas.

Los pasadores simétricos huecos tienen ranuras y resortes en espiral. Todos los pasadores son huecos simétricos con un cuerpo dividido o sin costura.

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, varias aleaciones, aluminio, latón o titanio. Los acabados incluyen pasivado, no pasivado y óxido negro.

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

El pasador de espiga resiste la mayor fuerza de corte de cualquier pasador de sujeción. Se prefiere para el ensamblaje de alta producción porque no requiere hardware de sujeción adicional para la inserción o las operaciones secundarias.

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

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

Los pasadores moleteados están disponibles con moleteados rectos, helicoidales o en forma 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 principales, señala Christie Jones, directora de marketing y vicepresidente de SPIROL International Corp. Sin embargo, ni los pasadores moleteados ni los pasadores ranurados requieren las estrechas tolerancias que necesitan los pasadores de espiga macizos de precisión.

"El desplazamiento del material anfitrión en los valles de las estrías produce un área de contacto de mayor 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 al entrar en el orificio, lo que crea aún más contacto superficial con el host. Esto da como resultado mayores fuerzas de fricción, mayor acoplamiento y una mejor resistencia al retroceso".

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

Diseñados para su uso en plástico y metal blando, dependiendo del pasador para este último material, los pasadores de púas tienen púas externas elevadas que están inclinadas hacia atrás o en dirección opuesta a la dirección de inserción. A medida que se inserta el pasador, el material anfitrión se rellena en el área alrededor de las púas, lo que da como resultado una resistencia máxima a la fuerza axial y un ensamblaje seguro a prueba de 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 adecuado para plásticos quebradizos o que contengan un alto porcentaje de relleno de vidrio.

Una entrada grande asegura 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 usa una prensa para sujetar la otra mitad de acoplamiento.

"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".

Uno de los principales fabricantes de asientos infantiles para automóviles 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 apretado requerido, pero la extracción del 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 eventualmente aflojó los tornillos.

El pasador de resorte en espiral consta de una envoltura helicoidal de 2-1/4 de acero al carbono, inoxidable o aleado. Su diámetro exterior oscila entre 0,03125 y 0,75 pulgadas, y su longitud estándar no suele superar las 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 orificio 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 autobloquean. Apsey dice que su dimensión de gran tamaño ejerce fuerzas radiales sobre la inserción para sujetar firmemente las clavijas en su lugar. Los usos comunes incluyen espaciadores, puntos de tope y bisagras en miles de aplicaciones industriales exigentes, pero que no son de precisión.

Los pasadores huecos simplifican el montaje al facilitar la inserción de sujetadores. También mantienen una alineación precisa dentro de las tolerancias de los agujeros.

Los casquillos de espiga de SPIROL permiten que un tornillo o perno de sujeción pase a través del diámetro interior después de la instalación. Los pasadores huecos rectificados de la empresa pueden reemplazar directamente los pasadores sólidos rectificados estándar (según ISO 8734) y se pueden usar donde se requieren tolerancias de línea central y alineación de precisión. Los pasadores de resorte se forman alrededor de los ejes para garantizar la redondez, al tiempo que ubican con precisión los componentes uno al lado del otro.

Apsey dice que las clavijas huecas partidas 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 orificios. Los pasadores se utilizan como espaciadores, limitadores de compresión o donde se atornillan dos mitades de un conjunto.

La compañía también ofrece clavijas huecas sin costura para aplicaciones en las que 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 ser tratados térmicamente.

"Para pasadores y pasadores, 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 manual de mesa, neumático o prensa hidráulica. También se realiza el prensado automatizado, aunque en esa situación es necesario tener un volumen extremadamente alto para un retorno de la inversión razonable".

Las prensas de acción directa son preferibles a las prensas de palanca. La cantidad de fuerza necesaria para unir las piezas depende de la dureza, el deslizamiento y el acabado de la superficie 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 parte insertada y el agujero.

Como regla general, los pasadores sólidos 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 espiga con un diámetro entre 0,2501 y 0,2503. Los pasadores de gran tamaño generalmente se usan para encajar en orificios desgastados (para el reemplazo de pasadores) y tienen un diámetro que es 0,001 pulgadas más ancho que el diámetro nominal.

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

Los pasadores sólidos de precisión requieren un orificio taladrado y escariado con precisión antes de colocarlos a presión en su lugar. Por el contrario, los orificios para resortes helicoidales y pasadores ranurados solo tienen que taladrarse, lo que reduce los costos de preparación, dice Jones. Cuando se introducen en un orificio, la acción de 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 garantizar la correcta inserción del pasador. El mecanismo requiere que el operador complete completamente la inserción del pasador antes de que el pistón de la prensa se detenga por completo.

Los pasadores que requieran 4 o más kilonewtons de fuerza para su inserción deben instalarse con una prensa neumática o hidráulica. Rupprecht señala que, aunque son más costosas al principio, estas prensas permiten monitorear la curva fuerza-distancia de la prensa.

La serie DA de prensas neumáticas de acción directa de BalTec son modulares y se pueden dimensionar exactamente para cualquier aplicación de inserción de pasadores o espigas. Las longitudes de carrera estándar varían de 40 a 120 milímetros en incrementos de 20 milímetros, aunque se pueden solicitar longitudes especiales. Las prensas se controlan con las dos manos, producen una fuerza constante en todo el recorrido y se pueden integrar con los controladores IPC de la empresa para estaciones de trabajo individuales. Una caja de engranajes en ángulo recto permite un ajuste de altura simple del cabezal de la prensa. Las prensas son silenciosas (menos de 75 decibelios) y prácticamente libres de mantenimiento, ya que todas las partes móviles están montadas sobre cojinetes.

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

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

Los pines simétricos tienen un perfil continuo y son ideales para la inserción automatizada, dice 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 hacia algún tipo de equipo de inserción.

La inserción automatizada de pines asimétricos es más desafiante porque requieren una orientación de extremo a extremo a través de herramientas costosas. Según Pasko, los pasadores con cabeza 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.

"Los pasadores huecos requieren aproximadamente la mitad de la fuerza que los pasadores para insertarlos correctamente", señala Rupprecht. "Esta directriz se aplica al material de metal o plástico que la espiga bloquea o retiene después de la inserción".

Él dice que la instalación se puede hacer con una prensa o golpeando la espiga en su lugar con un martillo o mazo. Algunos tacos también se pueden insertar automáticamente.

Jim es editor sénior 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.