Fijación liberable sin sujetadores

FIGURA 1. En este ejemplo de montaje a presión, el pestillo elástico de la pieza que se va a montar se desvía y vuelve a encajar detrás del gancho de la base a medida que las piezas se deslizan juntas. El inserto se puede liberar con presión aplicada a los lados.

Las conexiones a presión en plástico no necesitan presentación. El arte de su diseño se ha convertido, durante muchas décadas, en una práctica de ingeniería bien establecida. Sin embargo, el diseño y uso de tales conexiones en láminas de metal aún está en pañales a pesar de los beneficios obvios, como el montaje o desmontaje rápido y la eliminación de elementos de fijación.

Los ensamblajes de láminas de metal que usan ganchos o ranuras y lengüetas para unir las piezas no son nuevos. Los ganchos o estructuras equivalentes permanecen involucrados en una conexión de encaje a presión, manteniendo las partes juntas en todos los grados de libertad menos uno. A continuación, se integra una conexión de gancho y pestillo, lo que evita el retroceso y, por lo tanto, bloquea la pieza en su lugar. Una vez concebido, este método permitió el desarrollo de una familia de soluciones de fijación entre diferentes combinaciones de láminas de metal, tubos de paredes delgadas y componentes fabricados por otros medios. Los siguientes son varios ejemplos para proporcionar una referencia visual.

En la figura 1, el pestillo elástico de la pieza que se va a ensamblar se desvía y vuelve a encajar detrás del gancho de la base a medida que las piezas se deslizan juntas. Las fuerzas de desenganche o direccionales en la pieza cargan el pestillo en tensión, lo que elimina cualquier problema de pandeo. Los botones de dedo opcionales formados en los pestillos se pueden presionar para la liberación manual.

La figura 2 tiene un pestillo elástico en la base que se desvía por un "borde corto" en la pieza cuando se junta. Después de deslizarse a la posición de enganche, el pestillo vuelve a encajar detrás del borde, bloqueando la pieza en su lugar.

En la Figura 3, se ha modificado una conexión de bayoneta desbloqueada estándar entre un tubo y una lámina y se usa para bloquear las dos piezas en su lugar. Este se puede soltar con una herramienta personalizada, también de chapa.

La figura 4 muestra un par de conexiones de encaje a presión. La elasticidad de la propia pestaña se puede utilizar para formar un pestillo. En este ejemplo, una sección en forma de U funciona como una placa base para una placa plana y se inserta en otra placa base. La extensión rectangular y el orificio en la parte inferior de la placa plana insertada sirven como agarre de herramienta para permitir la extracción con un destornillador. La sección en U se inserta en una placa base apretando las bridas.

La figura 5 destaca la capacidad de incorporar piezas moldeadas por inyección en un diseño de encaje a presión. En este caso, se pueden utilizar pestillos elásticos para unir los materiales diferentes. Esto también se puede utilizar para piezas mecanizadas.

Son posibles muchas más conexiones que las que se muestran en la imagen. Son posibles entre cualquier combinación de lámina y tubo redondo o rectangular de paredes delgadas.

El ensamblaje se puede lograr a través de la traslación deslizante, la rotación deslizante, la activación manual del pestillo y la inserción recta. Las conexiones se pueden diseñar para que sean fácilmente accesibles y liberables a mano, liberables con herramientas, ocultas al alcance o inaccesibles (permanentes).

Se puede desaconsejar el desmontaje en una conexión como la de la Figura 1, por ejemplo, simplemente reflejando la orientación del gancho en la base, lo que hace que el movimiento de liberación del pestillo (empuje) sea relativamente inaccesible, ya que tendría que provenir del interior de la pieza ensamblada.

FIGURA 2. Este conjunto tiene un pestillo elástico en la base que se desvía por un borde corto en la pieza cuando se junta. Después de deslizar la pieza, el conjunto se bloquea en su lugar.

Se pueden incorporar pestillos elásticos en la base o en la pieza a ensamblar. Los ganchos de los pestillos elásticos se pueden dejar abiertos (ver Figura 1) o ser ranuras cerradas (ver Figura 4). La elasticidad requerida puede proporcionarse mediante la flexión del plano de la hoja en sí o, con un diseño cuidadoso, a lo largo/dentro del plano del material.

El juego necesario para un fácil montaje puede reducirse o eliminarse por completo. El compromiso adecuado a menudo se señala con un "sonido metálico" satisfactorio.

En la mayoría de los casos, cuando se incorporan estas conexiones de encaje a presión, los tiempos de montaje se reducen drásticamente en comparación con el uso de sujetadores. Esto es ciertamente cierto para el enganche deslizante con la desviación del pestillo diseñada en las piezas. Una pieza de producción deslizable basada en el diseño de la Figura 1 dio como resultado una reducción del número de dobleces de cuatro a dos, aproximadamente un 10 % de ahorro de material y un ahorro estimado del 90 % en el tiempo de montaje. Si el pestillo o la brida se activan manualmente antes del ensamblaje, como en la Figura 4, se requiere más cuidado y fuerza durante el ensamblaje, lo que lleva a tiempos de ensamblaje relativamente más lentos.

La flexibilidad del corte por láser permite la inclusión de detalles adicionales para agregar funcionalidad o ayudar al ensamblaje. Algunos ejemplos son los limitadores de movimiento para evitar la deformación plástica de los pestillos y las funciones de agarre de herramientas donde el montaje o desmontaje asistido por herramientas tiene sentido. Las herramientas auxiliares simples para liberar piezas también se pueden fabricar utilizando láminas de metal (consulte la Figura 3). Aunque todos los ejemplos presentados aquí han sido cortados con láser, los mismos principios podrían aplicarse a piezas cortadas con otros métodos o a estampados.

El uso del autor de este tipo de conexiones en productos reales ha sido principalmente para unir componentes a un robot de ordeño de vacas, lo que condujo a grandes reducciones en la cantidad de sujetadores utilizados. No es necesario reemplazar las conexiones de lengüeta y ranura. (Las conexiones de lengüeta y ranura son el pariente vivo más cercano de las conexiones de encaje a presión que se analizan en este artículo). Para ver una comparación de los diseños de lengüeta y ranura con las conexiones de encaje a presión, consulte la Figura 6.

Aunque se realizaron pruebas de prototipo para garantizar el funcionamiento, las pruebas dinámicas y de estrés no fueron necesarias para la aplicación. La mayoría de los diseños utilizaban placas de acero inoxidable de 1,5 a 5 mm de espesor. El análisis de elementos finitos solo se realizó en algunos casos cuando los pestillos se desviaron en el plano del material o en el caso de algunas conexiones de tubo/tubo.

Se requiere más tiempo de diseño inicial para los ajustes a presión que con los sujetadores convencionales. Sin embargo, la información 3D se puede reciclar, lo que acelera el trabajo posterior. Cuando las piezas se diseñan o rediseñan para integrar ajustes a presión, a menudo se pueden simplificar aún más para una reducción de costos aún mayor.

Además del uso industrial obvio de estas conexiones, también tienen sentido para el ensamblaje orientado al consumidor y productos de paquete plano debido a su simplicidad y accionamiento sin herramientas. Piense en aplicaciones de consumo tipo IKEA.

La fijación mecánica fácilmente liberable de chapas sin elementos de fijación es ahora una realidad. Las conexiones a presión lo hacen posible. Pero tenga en cuenta que se abren nuevas posibilidades cuando se permite la deformación plástica o incluso se incluye como una característica y no se requiere la capacidad de liberación.

Con suerte, alguien se inspirará para poner este tipo de diseños sobre una base de ingeniería más sólida para beneficiar a toda la industria. Esto podría incluir pruebas dinámicas y de resistencia, así como la optimización de las dimensiones del gancho y el pestillo para varios grosores y usos de láminas. Cierta estandarización también allanaría el camino para la incorporación en las bibliotecas CAD/CAM para la colocación mediante clic o arrastrar y soltar en nuevos diseños. (Pregúntele a su proveedor de aplicaciones CAD por esto). De esa manera, pueden ocupar su lugar en la caja de herramientas del ingeniero junto con las tuercas, pernos, remaches y soldaduras convencionales.

Para obtener más ejemplos de conexiones a presión, consulte el sitio web o el canal de YouTube de Newton Innovations. Hay tres modelos disponibles como descarga gratuita de archivos STEP en la tienda web.