Los elementos de fijación desempeñan un papel crucial en el diseño , la fabricación y el ensamblaje de piezas . Estas pequeñas piezas de ferretería son sencillas y económicas, pero sin ellas tendríamos dificultades para fabricar muchas cosas importantes: muebles, estructuras arquitectónicas, ordenadores, suelos, vehículos y mucho más.
La función de un elemento de fijación es unir mecánicamente dos o más componentes. Estos componentes se pueden unir de muchas maneras, pero lo que distingue a los elementos de fijación es que, por lo general (aunque no siempre), crean uniones no permanentes.
Los elementos de fijación son omnipresentes y nos encontramos con muchos de ellos a diario. Algunos de los tipos más comunes de elementos de fijación metálicos industriales son:
- Tornillos
- Nueces
- Pernos
- Remaches
- Insertos y varillas roscadas
- Lavadoras
Sin embargo, la categoría de elementos de fijación también incluye herrajes utilizados fuera de la industria, como clavos para bricolaje y carpintería; botones, hebillas y cremalleras para prendas de vestir; pinzas y bridas para cables para uso doméstico; y grapas, alfileres y clips para papel para tareas de oficina.
Todos estos tipos de sujetadores funcionan de maneras mecánicas ligeramente diferentes, pero todos se utilizan para unir o ensamblar objetos. Salvo algunas excepciones, la mayoría de los sujetadores industriales están hechos de metal, generalmente acero (acero inoxidable, acero al carbono, acero aleado), aluminio o titanio. Muchas de las piezas que fabricamos en 3ERP —incluidas las piezas mecanizadas , moldeadas y de chapa metálica— se ensamblan finalmente mediante sujetadores.
Esta guía analiza en detalle los diferentes tipos de sujetadores y explica su funcionamiento y uso . Puede resultar útil para nuestros clientes de prototipado que desarrollan productos multicomponente que requieren ensamblaje con sujetadores.
¿Qué es un sujetador?
Un elemento de fijación es un término general para una pieza de hardware, a menudo hecha de un metal como el acero, que se utiliza para unir mecánicamente dos componentes.
Los elementos de fijación, como tornillos, tuercas y pernos, suelen crear uniones no permanentes ; es decir, la conexión se puede deshacer sin dañar ninguno de los componentes. Se pueden unir dos componentes con un elemento de fijación y, posteriormente, retirarlo y separarlos sin dañarlos. Por ejemplo, un tornillo se puede quitar con un destornillador; una tuerca con una llave inglesa. Esto contrasta con, por ejemplo, la soldadura, el pegado o la unión de componentes: en estos casos, los componentes no se pueden separar fácilmente.
Dicho esto, algunos elementos de fijación, como los remaches, crean uniones permanentes y no están diseñados para ser desmontados.
La mayoría de los elementos de fijación son pequeños, con diámetros que se miden en milímetros. Sin embargo, en sectores como la construcción naval, los oleoductos y la energía, se utilizan dispositivos de mayor tamaño. Un elemento de fijación se define por su función de unir mecánicamente dos o más componentes , no por su tamaño, material o aplicación.
Existe una gran variedad de tipos de sujetadores. A continuación, se enumeran algunos de los sujetadores metálicos más comunes para uso industrial y manufacturero.
¿De qué están hechos los sujetadores?
Los mejores materiales para la fabricación de elementos de fijación incluyen aceros (acero inoxidable, acero al carbono, acero aleado), aluminio, titanio, cobre, latón, níquel y diversas aleaciones. Los aceros inoxidables más comunes utilizados en elementos de fijación industriales son las series 200, 300 y 400.
Los elementos de fijación también pueden recubrirse con otros materiales para mejorar su funcionalidad, por ejemplo, para aumentar su resistencia a la corrosión o su capacidad de aislamiento eléctrico. Entre los recubrimientos y chapados más comunes se encuentran el cromo y el zinc.
¿Con qué materiales se pueden utilizar los elementos de fijación?
Se utilizan diferentes tipos de fijaciones industriales para diferentes materiales, y algunas fijaciones están diseñadas específicamente para un material, por ejemplo, tornillos para madera (madera) o pernos de anclaje (hormigón).
Normas de fijación
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) cuenta actualmente con 66 normas publicadas vigentes bajo la designación B18 para elementos de fijación. Estas normas, centradas en la calidad, establecen requisitos de inspección durante el proceso y de inspección final para los elementos de fijación, y proporcionan un plan de inspección de recepción para los compradores.
Las normas ASME incluyen:
- B18.1.1: Remaches pequeños
- B18.1.2: Remaches grandes
- B18.2.3.1M: Tornillos de cabeza hexagonal métricos
- B18.3 Casquillo de cabeza hexagonal, hombro, tornillos de fijación y llaves hexagonales
- B18.6.1 Tornillos para madera
- B18.6.2 Tornillos de cabeza ranurada, tornillos prisioneros de cabeza cuadrada y tornillos prisioneros ranurados sin cabeza
- B18.6.3 Tornillos para máquinas, tornillos autorroscantes y tornillos metálicos de accionamiento
- B18.6.9: Tuercas de mariposa
- B18.18 Control de calidad para elementos de fijación
Tornillos
Los elementos de fijación de tornillo, generalmente fabricados de metal, son elementos de fijación con roscas externas macho (crestas superficiales helicoidales) que se acoplan con las roscas internas hembra de los componentes que sujetan.
Una característica distintiva de los tornillos es que suelen ser autorroscantes: poseen un extremo afilado que se introduce en la superficie del componente; al girar el tornillo, se crea la rosca interna hembra en el componente, permitiendo así la conexión. Los tornillos suelen ser elementos de fijación independientes, ya que se unen al propio componente.
Los tornillos tienen una función similar a la de los pernos, pero estos últimos no suelen ser autorroscantes; normalmente tienen puntas romas y las roscas hembra de los componentes deben crearse por otros medios.
Resulta confuso, sin embargo, que algunos elementos de fijación que técnicamente son tornillos, debido a su uso, hayan sido etiquetados como pernos (y viceversa).
Tipos de tornillos
Existen muchos tipos de tornillos diferentes, adecuados para distintas aplicaciones. Algunos de los tipos de tornillos más comunes son:
- Tornillos para chapa: Tornillos autorroscantes muy afilados que pueden penetrar hoja de metalasí como la madera y el plástico.
- Tornillos de máquinaLos tornillos para máquinas, que se instalan en orificios previamente perforados, tienen roscas finas y precisas y son los más utilizados en componentes de maquinaria.
- Tornillos de cabeza: Tornillos con cabezas grandes que se utilizan normalmente en el montaje de maquinaria, como por ejemplo electrodomésticos.
- Tornillos de ojoEstos tornillos, también llamados a veces tornillos de ojo para madera, tienen una cabeza en forma de bucle a través de la cual se pueden pasar los cables.
- Tirafondos: Tornillos largos galvanizados con rosca hasta el vástago, utilizados principalmente en carpintería.
- Tornillos para maderaTornillos comunes de punta afilada que se utilizan en la carpintería.
Tipos de accionamiento por tornillo
Los tornillos también se pueden clasificar según su tipo de accionamiento: se necesitan diferentes herramientas para atornillar o desatornillar distintos tipos de tornillos. Los tipos de accionamiento de tornillos incluyen:
- Ranurado
- De tres puntas
- Cruciforme (por ejemplo, Phillips)
- Polígono externo
- Polígono interno (por ejemplo, llave hexagonal/Allen)
- hexalobular
- Otra información.
Pernos
Al igual que los tornillos, los pernos son elementos de fijación con rosca externa macho que se utilizan para conectar dos o más componentes.
A diferencia de los tornillos, los pernos requieren una rosca hembra preformada para acoplarse. No son autorroscantes; en cambio, la rosca hembra suele pertenecer a una tuerca. Los pernos (macho) y las tuercas (hembra) se utilizan conjuntamente para unir componentes con orificios sin rosca, y este tipo de unión se denomina unión atornillada.
Cuando se usan junto con tuercas, los pernos se utilizan para fijar agujeros pasantes (es decir, agujeros que atraviesan completamente el material del objeto), con la cabeza del perno en un lado y la tuerca en el otro. Los tornillos, en cambio, se suelen usar para hacer agujeros ciegos; solo penetran parcialmente en el material.
Tipos de pernos
Existen muchos tipos diferentes de pernos adecuados para distintas aplicaciones. Algunos de los tipos de pernos más comunes son:
- Tornillos hexagonales: Pernos roscados con cabezas hexagonales que pueden tener una sección sin rosca inmediatamente debajo de la cabeza.
- pernos sexualesA veces llamados pernos Chicago, pernos de barril o tuercas de barril, estos pernos son en realidad pernos y tuercas a la vez, ya que constan de un barril con rosca hembra y un tornillo con rosca macho.
- Pernos en U: Sujetadores en forma de U con dos extremos roscados paralelos, utilizados para sujetar elementos como tuberías.
- Pernos de ojo: Pernos con cabeza en forma de bucle a través de los cuales se pueden enroscar cables.
- Pernos de carro: Pernos roscados con cabeza redondeada en forma de hongo para evitar que giren y un cuello cuadrado justo debajo.
Nueces
Las tuercas son elementos de fijación con orificios roscados hembra que se utilizan normalmente con un perno correspondiente para formar una unión atornillada. El sistema de acoplamiento de tuerca y perno sirve para conectar componentes con orificios sin rosca.
Las tuercas y los pernos suelen mantenerse seguros gracias a la fricción, la compresión y el ligero estiramiento del perno. Sin embargo, la conexión puede aflojarse indeseadamente en aplicaciones con un alto nivel de vibración. En este caso, se puede utilizar una tuerca autoblocante o un lubricante fijador para asegurar la tuerca, o bien añadir una segunda tuerca al perno.
Si bien el interior de una tuerca está roscado, el exterior puede adoptar muchas formas, dependiendo de si se va a girar a mano o con una llave, y de otros factores diversos.
Tipos de nueces
Existen muchos tipos diferentes de tuercas adecuadas para distintas aplicaciones. Algunos de los tipos de tuercas más comunes son:
- Nueces de bellotaA veces llamadas tuercas ciegas, estos sujetadores tienen forma de cúpula en un lado para cubrir el extremo del perno.
- Tuercas de soldadura: Diseñado para que un lado pueda soldarse a otro componente metálico.
- Tuercas hexagonales: Sujetadores comunes con exterior hexagonal para facilitar el apriete con llave.
- Nueces de alaTuercas con forma de ala en cada lado para facilitar el giro a mano, sin necesidad de herramientas.
- nueces de barril: Ver “pernos sexuales” arriba.
Remaches
Los remaches son elementos de fijación que suelen tener un vástago liso y carecen de rosca. Un remache tiene una cabeza en un extremo y una cola en el otro.
Para funcionar como elemento de fijación, un remache se coloca en un orificio y, mediante fuerza mecánica, su extremo se deforma, expandiéndose hasta alcanzar aproximadamente 1.5 veces el diámetro del vástago y creando así la unión. Una vez deformado, el remache tiene dos cabezas: la original de fábrica y la nueva, la que se ha modificado en el taller.
A diferencia de los tornillos, las roscas y los pernos, los remaches crean uniones permanentes: una vez que la pieza se deforma, no puede volver a su estado original. Por lo tanto, las uniones remachadas son mucho más difíciles de separar que las uniones no permanentes, como las atornilladas.
Tipos de remaches
Existen diversos tipos de remaches adecuados para diferentes aplicaciones. Algunos de los tipos de remaches más comunes son:
- Remaches popTambién conocidos como remaches ciegos, estos remaches son tubulares y tienen un mandril central con una zona debilitada cerca de la cabeza (donde puede romperse).
- remaches macizos: Elementos de fijación sencillos con un vástago y una cabeza que se pueden deformar con una remachadora o un martillo.
- Remaches semitubularesSon como remaches macizos, pero con un orificio parcial en la punta que reduce la fuerza necesaria para deformarlos.
Elementos de fijación roscados diversos
Además de tornillos, pernos y tuercas, existen otros tipos de elementos de fijación roscados con usos más especializados.
Un inserto roscado (o casquillo roscado) es un elemento de fijación con rosca interna (y a veces externa) que se inserta en materiales que normalmente no admiten rosca, ya sea por ser demasiado blandos o porque la rosca existente se ha dañado. Funciona como un anclaje para paneles de yeso utilizado para instalar estanterías. Los insertos roscados metálicos se pueden instalar en piezas de plástico moldeado mediante moldeo por inserción alrededor del casquillo.
Una varilla roscada (o espárrago) es un elemento de fijación similar a un perno, pero roscado en ambos extremos y sin cabeza. Diseñado para soportar tensión, una varilla roscada puede llevar una tuerca en ambos extremos.
Lavadoras
Aunque técnicamente no son elementos de fijación en sí mismos, las arandelas son piezas de ferretería que se utilizan junto con elementos de fijación como tuercas y tornillos.
Una arandela es una placa delgada con un orificio en el centro que se utiliza como espaciador, distribuidor de carga, dispositivo de bloqueo o amortiguador de vibraciones. Las arandelas suelen ser circulares, pero también pueden ser cuadradas.
Las arandelas impiden que los elementos de fijación entren en contacto directo con un componente y, por lo tanto, pueden proteger la superficie del componente.
Cómo 3ERP puede ayudarle con sus piezas listas para el montaje
Los elementos de fijación son esenciales para la funcionalidad y el ensamblaje de innumerables productos, y en 3ERP comprendemos el papel fundamental que desempeñan en sus diseños multicomponente. Nuestra experiencia va más allá de la fabricación de piezas individuales; nos especializamos en la producción de componentes diseñados para una integración perfecta con una amplia variedad de elementos de fijación.
Ya sea que su proyecto requiera orificios perforados con precisión para pernos, insertos roscados con exactitud para tornillos o características personalizadas listas para remachar, nuestra amplia gama de capacidades de fabricación garantiza que sus piezas estén listas para la fijación y optimizadas para un ensamblaje eficiente. Colaboramos estrechamente con usted para seleccionar el material y el proceso de fabricación adecuados, garantizando que sus componentes funcionen a la perfección en el producto final.
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Servicios de mecanizado CNC: Para crear orificios, roscas y características complejas de alta precisión en sujetadores metálicos o en piezas que los alojarán, garantizando un ajuste y funcionamiento perfectos.
Servicios de moldeo por inyección: Ideal para la fabricación de componentes plásticos con características integradas diseñadas para tornillos autorroscantes, insertos roscados o clips de sujeción personalizados.
Servicios de impresión 3D: Ideal para la creación rápida de prototipos de componentes con diversas interfaces de fijación, lo que permite una rápida iteración y validación de los métodos de ensamblaje.
Servicios de fabricación de chapa: Para la fabricación de carcasas, soportes y paneles metálicos con recortes precisos y puntos de montaje listos para remaches, pernos u otros elementos de fijación mecánicos.
Servicios de extrusión de aluminio: Crear perfiles de aluminio a medida con canales o ranuras diseñados para integrarse con elementos de fijación específicos para ensamblajes estructurales.
Servicios de fundición de aluminio: Para la fabricación de componentes metálicos complejos e integrados que pueden requerir un mecanizado posterior para añadir orificios para sujetadores o puntos de montaje.
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