Fijación liberable sin sujetadores.

FIGURA 1. En este ejemplo de ensamblaje de encaje a presión, el pestillo elástico de la pieza que se va a ensamblar se desvía y vuelve a encajar detrás del gancho en la base a medida que las piezas se deslizan entre sí. El inserto se puede soltar ejerciendo presión en los lados.

Las conexiones rápidas 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 chapa metálica está todavía en sus inicios a pesar de beneficios obvios como el rápido montaje o desmontaje y la eliminación de elementos de fijación.

Los conjuntos de chapa metálica que utilizan ganchos o ranuras y lengüetas para mantener juntas las piezas no son nuevos. Los ganchos o estructuras equivalentes permanecen involucrados en una conexión de ajuste rápido, manteniendo las piezas juntas en todos los grados de libertad menos uno. Luego se integra una conexión de gancho y pestillo, que evita el retroceso y bloquea así la pieza en su lugar. Una vez concebido, este método permitió desarrollar una familia de soluciones de fijación entre diferentes combinaciones de chapa, tubos de paredes delgadas y componentes fabricados por otros medios. A continuación se muestran 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 en la base a medida que las piezas se deslizan entre sí. Las fuerzas de desenganche o direccionales sobre la pieza cargan el pestillo en tensión, eliminando cualquier preocupación por el pandeo. Los botones de dedo opcionales formados en los pestillos se pueden presionar para liberación manual.

La Figura 2 tiene un pestillo elástico en la base que se desvía mediante un "borde corto" en la pieza cuando se junta. Después de deslizarse a la posición enganchada, 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 utiliza 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 ajuste rápido. La elasticidad de la propia brida se puede utilizar para formar un pestillo. En este ejemplo, una sección en forma de U funciona como placa base para una placa plana y se inserta a su vez 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 ajuste a presión. En este caso, se pueden utilizar pestillos elásticos para sujetar 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 chapa y tubo redondo o rectangular de paredes delgadas.

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

Se puede desalentar el desmontaje en una conexión como en la Figura 1, por ejemplo, simplemente reflejando la orientación del gancho en la base, haciendo que el movimiento de liberación del pestillo (empuje) sea relativamente inaccesible, ya que tendría que venir desde el 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 queda bloqueado 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 tener ranuras cerradas (ver Figura 4). La elasticidad requerida podría proporcionarse mediante la flexión del propio plano de la lámina o, con un diseño cuidadoso, a lo largo/dentro del plano del material.

El juego necesario para un fácil montaje se puede reducir o eliminar por completo. El compromiso adecuado a menudo se indica con un "sonido metálico" satisfactorio.

En la mayoría de los casos, al incorporar estas conexiones a presión, los tiempos de montaje se reducen drásticamente en comparación con el uso de sujetadores. Esto es ciertamente cierto para el acoplamiento deslizante con deflexión 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 de un 90 % en tiempo de montaje. Si el pestillo o la brida se activa manualmente antes del ensamblaje, como en la Figura 4, se requiere más cuidado y fuerza al ensamblar, 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 tiene sentido el montaje o desmontaje asistido por herramientas. También se pueden fabricar herramientas auxiliares sencillas para soltar piezas 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 que hace el autor de este tipo de conexiones en productos reales se ha realizado principalmente para unir componentes a un robot de ordeño de vacas, lo que condujo a grandes reducciones en la cantidad de sujetadores utilizados. No fue necesario reemplazar conexiones de lengüeta y ranura. (Las conexiones de lengüeta y ranura son el pariente vivo más cercano de las conexiones de ajuste a presión analizadas en este artículo). Para obtener una comparación de los diseños de lengüeta y ranura con las conexiones de ajuste 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 sólo se realizó en unos pocos casos cuando los pestillos se desviaron en el plano del material o en el caso de algunas conexiones tubo/tubo.

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

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

La fijación mecánica de chapa fácilmente liberable sin elementos de fijación ya es 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 característica y no se requiere la liberabilidad.

Esperemos que alguien se sienta inspirado a 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 de ganchos y pestillos para diversos espesores y usos de láminas. Alguna estandarización también allanaría el camino para la incorporación en bibliotecas CAD/CAM para la colocación en nuevos diseños en los que se puede hacer clic o arrastrar y soltar. (Pregunte esto a su proveedor de aplicaciones CAD). 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 conexión a presión, consulte el canal de YouTube o el sitio web de Newton Innovations. Hay tres modelos disponibles como descarga gratuita de archivos STEP en la tienda web.