Elección de los tipos adecuados de fijaciones de chapa metálica: Una guía completa

Introducción

En la fabricación, la unión de piezas de chapa metálica es un proceso crucial que se utiliza en diversas industrias como la automovilística, la aeroespacial y muchas otras. Pero, ¿qué define la resistencia y estabilidad de estos ensamblajes? Los elementos de fijación. Seleccionar el elemento de fijación adecuado no sólo consiste en unir componentes, sino que también determina la fiabilidad, el rendimiento, el coste, el tiempo y la facilidad de montaje del producto.

Una elección incorrecta de la fijación puede provocar fallos costosos, pérdida de tiempo e incluso productos peligrosos. En cambio, una selección adecuada de un elemento de fijación que sea el más adecuado cuando se aplica correctamente proporciona una unión perfecta, duradera y económica.

Esta guía ofrece una introducción a los elementos de fijación más comunes en la fabricación de chapa metálica, examina los criterios de selección críticos, presenta usos típicos, presenta soluciones de fijación profesionales, explica cómo instalar los elementos de fijación correctamente y prepara a los profesionales para tomar las decisiones correctas en materia de fijación.

¿Qué es un chapa metálicasujetador?

Una fijación de chapa es una fijación que se utiliza para unir dos o más chapas finas que se definen por tener un grosor de entre 0,5 mm y 6 mm. A diferencia de las fijaciones diseñadas para secciones gruesas o materiales macizos son diferentes, las fijaciones de chapa tienen que superar las dificultades de los materiales finos. Éstas son la deformación del material bajo carga, el encaje restringido de la rosca en secciones finas y el arrancamiento o pelado si se aplica una fuerza excesiva. Por lo tanto, las fijaciones de chapa metálica tienen ciertas características de diseño que permiten la distribución de la carga, proporcionan puntos de anclaje dentro del material de calibre fino o se adaptan a la instalación cuando el acceso puede estar restringido a un solo lado. Su función es proporcionar una conexión fuerte y permanente que sea capaz de soportar las cargas que se espera que se le apliquen, y también ser fácilmente reparable en caso necesario.

Principales tipos de fijaciones de chapa metálica

La variedad de aplicaciones de chapa metálica requiere diversas soluciones de fijación. Es fundamental conocer las principales categorías para poder seleccionar la más adecuada.

Elementos de fijación de cierre automático

Las fijaciones de autocierre son un tipo de fijaciones que están pensadas para formar parte del tipo de pieza de chapa metálica en la que se utilizan. Algunos de los más populares son las tuercas autoblocantes, los espárragos y los separadores. La instalación implica introducir el elemento de fijación en un orificio del tamaño adecuado con el uso de una prensa de acción paralela. En este proceso, el anillo moleteado o la cabeza especialmente perfilada del elemento de fijación empujan el material de la chapa hacia un lado y lo hacen fluir en frío hacia un hueco anular o socavado en el vástago o el piloto del elemento de fijación. Este material desplazado inmoviliza eficazmente el tornillo y ofrece una gran resistencia a las fuerzas de empuje y torsión.

Algunas de las ventajas son la capacidad de producir puntos de fijación o sujeción fuertes y permanentes en galgas finas, lo que es bueno para aplicaciones que requieren una gran resistencia en la unión, y la posibilidad de instalar por un solo lado. Una de las principales condiciones es la capacidad de acceder a ambos lados de la chapa durante la instalación y el equipo de prensado adecuado para aplicar la fuerza de asiento y el paralelismo correctos. Se utilizan habitualmente en carcasas de componentes electrónicos, piezas de automoción e industrias aeroespaciales.

Remaches

El remachado es una de las formas más tempranas y eficaces de unir dos o más piezas de chapa, debido a su facilidad de uso. Un remache es simplemente un eje cilíndrico con una cabeza en uno de sus extremos. La instalación consiste en pasar el eje del remache a través de los orificios de las piezas que se van a unir y, a continuación, expandir el extremo del remache para formar una segunda cabeza, la "cabeza de taller" o "cola de buck", por medios mecánicos. De este modo, las chapas quedan firmemente sujetas entre sí.

• Remaches macizos: Ofrecen la mayor resistencia al cizallamiento, pero sólo pueden instalarse desde ambos lados de la chapa, un lado para la cabeza fabricada y el otro para la cabeza de taller utilizando un martillo y una barra de remachado o una remachadora, ya que el eje macizo proporciona un soporte adicional durante la instalación.
• Remaches semitubulares: Son como los remaches macizos, pero tienen un pequeño orificio en la parte de la cola y, por tanto, se emplea menos fuerza para formar la cabeza del taller.
• Remaches Ciegos (Remaches Pop): Se utilizan en los casos en que el acceso a la zona a unir está restringido a un solo lado. Un remache ciego se compone de un vástago de remache y un vástago. En este proceso, se tira del vástago y el cuerpo del remache del lado ciego se expande para formar la segunda cabeza y, a continuación, se retira el vástago.

Los remaches tienen una elevada carga de cizallamiento y son ideales para soportar vibraciones. Sirven para formar uniones permanentes y se utilizan mucho en estructuras aeronáuticas, construcción de puentes y chapistería en general.

Tornillos para chapa

Los tornillos para chapa son tornillos destinados a crear sus propias roscas en la chapa cuando se insertan en orificios pretaladrados o perforados.

• Tornillos autorroscantes: Tienen roscas más afiladas y puede ser necesario taladrar un orificio piloto antes de insertar el tornillo. Forman roscas por el proceso de desplazamiento del material.
• Tornillos autoperforantes: Disponen de una punta perforadora en la cabeza que taladra un agujero y crea roscas al mismo tiempo, lo que ahorra tiempo en el montaje.

Los tornillos para chapa metálica tienen diferentes tipos de cabeza (plana, hexagonal, plana) y de arrastre (Phillips, ranurada, Torx). Las principales ventajas son que son fáciles y rápidos de instalar, ya que sólo se utilizan herramientas de arrastre y no es necesario roscar. Sin embargo, su poder de sujeción es comparativamente menor que el de las fijaciones autofrenantes y es más probable que se desprendan si se aprietan demasiado, especialmente cuando se utilizan en materiales muy finos. Se utilizan mucho en conductos de calefacción, ventilación y aire acondicionado, interiores de automóviles, frigoríficos y otros electrodomésticos, así como en construcciones ligeras.

Fijaciones soldadas

Las fijaciones soldadas son tuercas o espárragos destinados a fijarse permanentemente a una pieza de chapa metálica mediante una alineación precisa y técnicas de soldadura como la soldadura por resistencia, la soldadura por proyección, la soldadura por arco o la soldadura por descarga de condensador (CD). Tienen proyecciones o diseños de brida específicos que permiten concentrar la energía de forma que se produzca una buena soldadura.

La primera ventaja es una fijación muy resistente y permanente para cargas elevadas o para aplicaciones en las que distintos materiales tienen otras piezas que deben atornillarse. Las fijaciones soldadas no requieren la creación de orificios para la propia fijación (aunque puede haber elementos de localización), lo que mantiene la resistencia de la chapa.

Entre sus desventajas figuran la necesidad de equipos de soldadura especializados y operarios experimentados, que el calor afecte o marque la superficie de la chapa, y la necesidad de que el elemento de fijación sea compatible con la pieza de trabajo. Se utiliza mucho en bastidores y carrocerías de automóviles, vehículos y equipos pesados y maquinaria industrial.

Tornillos y tuercas

Aunque a menudo se asocian con materiales más gruesos, los pernos y las tuercas también se utilizan en aplicaciones de chapa metálica, sobre todo cuando se requiere un alto grado de fuerza de sujeción o la posibilidad de desmontar la unión. Normalmente, este método consiste en taladrar previamente agujeros en la chapa metálica y, a continuación, fijar los componentes apretando la tuerca sobre el perno. A menudo se utilizan arandelas para distribuir la carga y evitar daños en la superficie de la chapa. Existen varios tipos de pernos (por ejemplo, pernos de carro, pernos hexagonales) y tuercas (por ejemplo, tuercas estándar, tuercas de seguridad) en función de los requisitos específicos de la aplicación.

Insertos roscados

Los insertos roscados se utilizan para crear roscas resistentes, duraderas y reutilizables en materiales que no pueden roscarse directamente debido a su delgadez o blandura, como las chapas metálicas.

• Tuercas remachables (Nutserts): Se instalan por un lado, como el remache ciego. Una herramienta tira de un vástago roscado, lo que hace que el cuerpo del inserto se comprima y expanda contra el lado ciego de la chapa para formar un anclaje roscado.
• Inserciones a presión: Son similares a los cierres de autocierre que se introducen a presión en los orificios y pueden utilizar perfiles específicos para engancharse al material de base.

Los insertos roscados son muy útiles cuando es necesario disponer de roscas resistentes y reutilizables en paneles finos a los que sólo se puede acceder por un lado (para tuercas remachables). Se utilizan en la industria del automóvil, la industria aeroespacial y en la unión de piezas a armarios.

Tuercas enjauladas y tuercas de clip

Las tuercas enjauladas están formadas por una tuerca de cabeza cuadrada y una jaula de acero para muelles con dos alas o clips. Estas alas permiten atornillar el conjunto de la tuerca enjaulada en una abertura cuadrada o rectangular de un panel de chapa metálica, normalmente un carril de bastidor o un armario. Las tuercas de clip (o tuercas en U) funcionan de la misma forma: se enganchan en el borde de un panel o en un orificio rectangular para crear un orificio roscado.

La principal ventaja de ambos es que permiten cierta holgura o juego, de modo que los orificios del panel no tienen que alinearse perfectamente con el componente que se va a fijar. También son fáciles de mantener, ya que se pueden desmontar y sustituir fácilmente en caso de que se dañen. Se suelen utilizar en bastidores de equipos informáticos, armarios eléctricos y algunas aplicaciones de automoción en las que los dispositivos se montan en paneles.

Nota: Los valores de rendimiento son estimaciones típicas para elementos de fijación de acero de carbono medio en 1,0-2,0 mm. chapa metálica. El rendimiento real puede variar en función del material, la calidad de la instalación y las características específicas del diseño.

Factores críticos para la selección de elementos de fijación

La elección de la fijación óptima requiere la evaluación de múltiples factores específicos de la aplicación.

Material y espesor de la chapa

El tipo y el grosor de la chapa son los dos factores más importantes que definen la elección de la herramienta. Es importante evitar el contacto entre metales distintos, ya que esto provocaría corrosión galvánica, especialmente en presencia de electrolitos. El material de los elementos de fijación debe ser del mismo tipo que la chapa o, al menos, debe ser galvánicamente compatible con la chapa. Algunas de las chapas más comunes son el aluminio, el acero, el acero inoxidable, el acero galvanizado, el cobre y el latón. También tienen diferentes características mecánicas y de resistencia a la corrosión que determinan el tipo de fijación que debe utilizarse.

El grosor define la practicidad. Por ejemplo, los remaches de autocierre tienen requisitos de grosor mínimo para el material de la chapa. El alcance del agarre del remache debe ser igual al grosor total de los materiales a unir.

Requisitos de carga

La naturaleza y la cantidad de cargas que debe soportar la junta son muy importantes. Se trata de fuerzas de tracción, cizallamiento, torsión y vibración. Los datos de rendimiento que figuran en las fichas técnicas de los elementos de fijación suelen obtenerse en determinadas condiciones de ensayo. El elemento de fijación seleccionado debe tener suficientes márgenes de resistencia por encima de las cargas de servicio que se espera aplicar en la estructura.

Accesibilidad para la instalación

Determine si ambas partes tienen acceso a la junta o sólo una de ellas (acceso ciego). Esto reduce en gran medida el número de elementos de fijación disponibles. Los remaches ciegos y algunos de los insertos roscados se utilizan para aplicaciones ciegas, mientras que los elementos de fijación de cierre automático y los remaches macizos requieren acceso desde ambos lados. El tipo de utillaje necesario y, por tanto, los posibles tipos de fijaciones también pueden verse influidos por el espacio disponible alrededor de la ubicación de la junta.

Consideraciones económicas

Evalúe el coste total, no sólo el precio unitario del elemento de fijación. Esto incluye el coste del elemento de fijación en sí, cualquier herramienta especializada necesaria para la instalación, el tiempo de mano de obra por instalación y los costes potenciales asociados con la repetición de trabajos o fallos. Los tornillos autoperforantes pueden tener un coste unitario más elevado, pero pueden reducir significativamente el tiempo de mano de obra. Los tornillos de cierre automático pueden requerir una inversión en equipos de prensado, pero ofrecen una gran fiabilidad.

Factores medioambientales

El entorno operativo y las condiciones ambientales influyen en la selección del material y el acabado. Tenga en cuenta la exposición a la humedad, la niebla salina, los productos químicos, las temperaturas extremas y la radiación UV. Los elementos de fijación de acero inoxidable o con revestimientos protectores adecuados (por ejemplo, cincado, pasivado) pueden ser necesarios para entornos corrosivos. La temperatura puede afectar a la resistencia y compatibilidad de los materiales.

Vida útil deseada y mantenimiento

Decida si la unión va a ser permanente o si se va a diseñar para ser desmontada para su mantenimiento o sustitución. Los remaches y las fijaciones soldadas se utilizan para formar fijaciones permanentes. Los tornillos, las tuercas enjauladas y los insertos roscados facilitan el desmontaje y el remontaje, pero las roscas creadas por los tornillos de chapa pueden debilitarse con el tiempo.

Requisitos estéticos

En algunos casos, la estética es una preocupación (como en la electrónica de consumo, paneles arquitectónicos), la elección del elemento de fijación y el tipo de tornillo es importante. Algunos de los factores son si la cabeza del tornillo debe ser visible u oculta, si se requiere una superficie enrasada en uno o ambos lados, el tipo de cabeza y el color/acabado de la cabeza. Algunos de los elementos de fijación, como los de autocierre o los remaches/tornillos avellanados, ofrecen configuraciones de cabeza mínima o incluso enrasada.

TZR: Experto Chapa metálica Soluciones de fijación

TZR es líder en la fabricación de chapas metálicas y posee una gran experiencia en el papel fundamental que desempeñan las fijaciones en la integridad de los productos. Trabajamos en los sectores de automoción, equipos médicos, impresión 3D y energías renovables, y estamos especializados en acero, acero inoxidable, aluminio, cobre y latón.

Nuestros servicios incluyen conformado de precisión, servicios de corte como corte por láser, corte por plasma y punzonado CNC para garantizar una producción de elementos de fijación perfecta. Mantenemos un alto estándar de calidad de 98% de nuestros productos que cumplen con los clientes certificados ISO 9000. Nuestros revisores DFM tienen 30 años de experiencia y conocen los requisitos y necesidades de su aplicación para proporcionar las mejores y más rentables soluciones de fijación en cooperación. Asociarse con TZR el robusto, fiable, y se adhieren a los elementos de fijación de chapa de la más alta calidad.

Buenas prácticas para Sujetador Instalación

Independientemente del tipo específico de fijación, seguir las mejores prácticas durante la instalación es crucial para lograr el rendimiento previsto de la unión y evitar fallos prematuros.

Preparación de la pieza

Los orificios de montaje deben tener el tamaño y la forma adecuados y estar colocados en la posición correcta, según recomiende el fabricante del elemento de fijación. Las tolerancias de los orificios suelen ser críticas. No debe haber rebabas grandes que puedan dificultar el correcto asentamiento de los orificios. El área circundante del orificio debe estar libre de contaminantes tales como aceite, suciedad y sarro excesivo que puedan afectar a la unión o a los siguientes pasos de acabado. La pieza de trabajo debe apoyarse adecuadamente durante la instalación para evitar su deformación.

Elegir las herramientas adecuadas

En la mayoría de los casos, se recomienda utilizar las herramientas de instalación aconsejadas o recomendadas por el fabricante de los elementos de fijación. Esto incluye prensas con el tonelaje adecuado y con movimiento paralelo para los elementos de fijación de cierre automático, la boquilla y la fuerza de tracción correctas para los remaches ciegos, el equipo de soldadura y los ajustes adecuados para los elementos de fijación de soldadura y llaves dinamométricas o destornilladores calibrados para los elementos de fijación de tornillo. Otro factor que provoca problemas de instalación es el uso de utillaje incorrecto o dañado.

Técnicas de instalación adecuadas

Es importante que el proceso de instalación se realice siguiendo al pie de la letra las instrucciones del fabricante. En el caso de los elementos de fijación a presión (autocierre, insertos), aplique la fuerza en dirección axial y aplíquela suavemente hasta que el elemento de fijación esté completamente insertado. No "martillee" los elementos de fijación a presión. En el caso de los remaches, es importante conseguir el estado de recalcado adecuado. En el caso de los tornillos, gírelos con un movimiento rectilíneo y no aplique una velocidad elevada que pueda provocar calor o el desgarro de las roscas.

Control de par

En el caso de las fijaciones roscadas (tornillos, pernos, insertos roscados), es fundamental aplicar el par de apriete correcto. Un par de apriete insuficiente provoca que las uniones se aflojen y pueden fallar bajo vibración o carga. Un apriete excesivo puede dañar la rosca, romper el tornillo o incluso dañar la chapa. Utilice instrumentos de medición de par calibrados y asegúrese de que el par de apriete está dentro de los valores recomendados.

Inspección y control de calidad

Después de la instalación, inspeccionar visualmente el tornillo para comprobar su correcto asentamiento, la fluidez (si es necesario) y cualquier signo de daño en el tornillo o en el material circundante (grietas, deformación). Para aplicaciones críticas, realice pruebas de muestra (por ejemplo, pruebas de presión o de par de apriete para elementos de fijación de remache, comprobaciones de par de apriete para elementos de fijación roscados) para verificar la integridad de la instalación con respecto a los requisitos especificados.

Errores comunes que hay que evitar

• Tamaño del orificio o tolerancia incorrectos (demasiado grande provoca una retención deficiente; demasiado pequeño puede dañar la fijación o la chapa).
• Utilizar una fijación no adecuada para el tipo o la dureza de la chapa.
• Exceder el espesor mínimo de chapa o el rango de agarre especificado del elemento de fijación.
• Aplicar una fuerza de instalación no axial (puede dañar la fijación o el orificio).
• Utilizar una fuerza de instalación excesiva o una fuerza/tiempo de espera insuficientes.
• Apoyo inadecuado de la pieza que provoca deformaciones.
• Intentar instalar fijaciones de remache de acero inoxidable en chapas de acero inoxidable sin verificar la compatibilidad de dureza (la fijación debe ser más dura).
• Exceso o defecto de apriete de los tornillos.

Conclusión

La selección e instalación eficaces de elementos de fijación para chapas metálicas son fundamentales para la calidad del producto, ya que integran la ingeniería de diseño con la precisión de fabricación. Es esencial conocer los tipos de fijaciones, los factores de selección y las mejores prácticas de instalación.

Sin embargo, los conocimientos teóricos deben complementarse con una ejecución meticulosa durante las fases de fabricación y montaje. El cumplimiento de las mejores prácticas, un correcto utillaje y un riguroso control de calidad son obligatorios. Si se estudian detenidamente los requisitos de la aplicación y se recurre a socios expertos en fabricación cuando sea necesario, los ingenieros y fabricantes pueden garantizar que los ensamblajes de chapa metálica cumplan los objetivos de rendimiento, coste y longevidad. Una fijación adecuada no es sólo un paso del montaje; es la piedra angular de la calidad del producto.