¿Qué son los cierres a presión? Tipos y diseño.

Imagen de la función de ajuste a presión

Las uniones son fundamentales en cualquier ensamblaje de productos o sistemas mecánicos con múltiples componentes. Algunos ejemplos son las uniones con tuercas y tornillos, la soldadura, el remachado y otras técnicas. Los encajes a presión son una de las técnicas de fijación más populares, ya que permiten una unión sin que los elementos sean visibles. Un encaje a presión consiste en un gancho en voladizo o anular que se encaja en la ranura o rebaje de la pieza correspondiente, creando una unión segura. Además, pueden utilizarse como uniones permanentes o temporales.

Además, hablaremos sobre el tipo de cierres a presión, las consideraciones de diseño, las áreas de aplicación y los beneficios.

¿Qué son las juntas de ajuste a presión?

Estos son los métodos sencillos para unir con precisión componentes de plástico, metal, aleaciones y otros materiales. Un ajuste a presión implica características extendidas, como ganchos o bases, en una pieza y rebajes correspondientes (ranuras, socavados, cavidades, etc.) en la otra. En la jerga de taller, se les conoce como contrapartes macho y hembra. Estas dos características se ilustran claramente en el diagrama esquemático de un diseño típico de ajuste a presión que se muestra a continuación.

Ejemplo de ajuste a presión 

La deformación del cierre permite que encaje perfectamente con las piezas correspondientes. Durante el acoplamiento, se produce una deformación temporal. El cierre puede instalarse de forma permanente o temporal, según sea necesario. Esto significa que también se puede instalar de manera que se pueda desmontar si fuera preciso.

A diferencia de los sistemas de fijación tradicionales, este sistema no requiere perforaciones adicionales ni otras operaciones para fijar componentes integrados en procesos de ensamblaje con alineación y posicionamiento precisos.

Las juntas de encaje a presión, correctamente alineadas y perfectas, facilitan un ensamblaje robusto sin concentración de tensiones. Esta técnica de unión se utiliza para artículos básicos de consumo fabricados con Impresión 3d a CNC maquinado componentes industriales estándar. 

Ventajas y limitaciones del ajuste a presión

Los ensamblajes a presión facilitan un montaje eficiente y reducen los costos, mientras que los ensamblajes a presión en voladizo permiten un desmontaje sencillo. Sin embargo, presentan algunas limitaciones, como la concentración de tensiones, el riesgo de fatiga y la disponibilidad de materiales.

Compare las ventajas y limitaciones en la siguiente tabla;

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Tipos de ajustes a presión

Cierre a presión 

Según su geometría y mecanismos de enclavamiento, existen cuatro tipos comunes: en voladizo, en forma de U, de torsión y de encaje anular. Cada uno tiene su propio método de unión. Analicemos brevemente estos tipos de encaje a presión. 

1. Voladizo

El sistema de ajuste a presión en voladizo se refiere al brazo o viga en voladizo que se acopla mediante un mecanismo de encaje, cuyo extremo libre se entrelaza con una ranura o canal de geometría negativa en la pieza receptora. Durante el proceso, el voladizo se deforma ligeramente para ajustarse a la cavidad. Por consiguiente, el voladizo puede tener forma de gancho cónico en la punta, manguito, esfera, etc. 

Son populares en piezas de plástico moldeadas por inyección e impresas en 3D, tanto para uniones permanentes como desmontables. La tensión, la flexión y las deformaciones excesivas son tres aspectos importantes que deben tenerse en cuenta durante todo el proceso. 

2. Ajustes a presión anulares

Un ejemplo sencillo de ajuste anular es el bolígrafo y su tapa, donde la tapa se ajusta para cubrir la punta. Las pequeñas secciones extendidas en la circunferencia de los componentes redondos o cilíndricos simétricos encajan con su contraparte al ser insertadas a presión. 

Los acoplamientos anulares a presión soportan altas tensiones sin desalinearse. Transforman la fuerza de manera uniforme entre los componentes. Sin embargo, su diseño es más complejo y requieren un cálculo preciso de la fuerza de empuje.

3. Ajustes de presión torsional

Los cierres a presión de torsión se caracterizan por su mecanismo de torsión que permite un ajuste seguro en la cavidad. El cierre a presión extendido está diseñado para girar o destorcerse, facilitando el montaje y la separación, respectivamente. Durante el ajuste, el brazo flexible se introduce en la cavidad, encajando perfectamente y creando una unión resistente. Estas uniones duraderas se pueden aplicar a productos de metal, plástico y caucho. 

4. Ajustes a presión en forma de L y U

Como su nombre indica, estos sistemas de encaje a presión contienen vigas en voladizo en forma de L o U que se ajustan a las cavidades o ranuras correspondientes. Son comunes en sistemas de cierre de puertas, ensamblajes de gabinetes eléctricos, etc. Las uniones de encaje a presión en forma de L y U son resistentes y facilitan la separación de los componentes ensamblados. Sin embargo, pueden deformarse con mayor facilidad que otros tipos. 

¿Cómo hacer que el Sanp encaje?

Los acoplamientos a presión no son como las tuercas y los tornillos, que se fabrican por separado para unir dos o más piezas mecánicas. En cambio, están integrados en las piezas. Las partes macho y hembra del acoplamiento a presión se diseñan junto con los componentes individuales.

Ajustes a presión y métodos de fabricación 

Este tipo de acoplamientos son aplicables al mecanizado CNC, al moldeo por inyección y a las piezas impresas en 3D para ensamblarlas en una sola pieza. 

Encajes a presión mecanizados por CNC 

Por lo general, estos ajustes se utilizan en piezas mecanizadas por CNC a medida. Si son complejos, su mecanizado puede requerir más tiempo y coste. Además, las características pequeñas y complejas pueden ser difíciles de crear con precisión. Si las piezas de diseño tienen brazos rectos y ranuras sencillas, el mecanizado CNC puede ser una opción adecuada.

Ajustes a presión en piezas moldeadas por inyección

Es común unir piezas de plástico moldeadas por inyección con juntas de ajuste a presión. El ABS, el PP, el nailon y otros materiales se moldean por inyección con un molde o matriz, donde los elementos de ajuste a presión se integran en el diseño. Son rentables para la producción en grandes volúmenes debido a la eficiencia del proceso. Además, moldeo por inyección Se adapta a formas complejas de encaje a presión, rebajes, pestañas de retención, etc.

Encaja a presión en piezas de impresión 3D 

Otro uso común de las uniones a presión es en piezas impresas en 3D. Las impresoras 3D permiten ensamblar rápidamente las piezas con estos sistemas de fijación, especialmente para prototipos y producción en lotes pequeños. Además, ofrecen mayor flexibilidad en elementos con formas de encaje a presión y ranura. 

Parámetros de ingeniería utilizados en el diseño de ajuste a presión

• Dimensiones de la viga: Longitud, espesor y anchura de la viga que se deforma durante el montaje. 
• Radio de redondeo: Radio de la curva redondeada en la parte inferior donde la viga se une al cuerpo principal de la pared.
• Deformación admisible (ε): Deflexión admisible de la viga por unidad de longitud. Se rige por las ecuaciones estándar de flexión de vigas. 
• Relación de aspecto (L/t): Es la relación entre la longitud de la viga y el espesor de la pared. 
• Factor Q: Se considera que la pared base que sostiene el broche no es completamente rígida, especialmente en vigas en voladizo. Deformación refinada e = 1.5(tY)/(L²Q).
• Módulo de elasticidad (E): Representa la rigidez del material, es decir, cuánto puede deformarse/doblarse la viga sin que se produzcan grietas o fallos. 

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Diseño de las juntas de ajuste a presión

Diseño de ajuste a presión

Aquí tienes algunos consejos de diseño para el ensamblaje a presión que puedes tener en cuenta para mejorar la facilidad de fabricación y el rendimiento; 

• Utilice el espacio libre correcto 

Un acoplamiento adecuado entre las superficies de contacto es esencial para un enclavamiento seguro, mientras que un ajuste demasiado apretado puede provocar una deformación excesiva. Por lo tanto, es fundamental que exista una holgura correcta entre ellas. 

• Añade un filete alrededor de la esquina en voladizo.

Las esquinas afiladas de la viga en voladizo concentran la tensión en la unión, lo que puede provocar grietas o fallos en la misma. Por lo tanto, conviene añadir chaflanes alrededor de la esquina afilada para distribuir la tensión concentrada. 

Tamaño del filete = 0.5 x espesor de la base

• Cálculo de variables 

Según el tipo de ajuste a presión y el material, calcule y utilice las variables óptimas, como la posible deformación, la fuerza de retención, etc.

• Afinación de la parte macho del ajuste a presión

De nuevo, el diseño cónico del broche permite una distribución más uniforme de la tensión y controla la deformación de las superficies de contacto. 

• Articulaciones permanentes

Si es necesario que los cierres a presión sean permanentes, se puede utilizar un gancho y un hueco de 90° para conseguirlo.

• Ancho del clip 

Mantenga la longitud mínima de 5 mm del clip para evitar deformaciones excesivas y grietas en la superficie.

Sistema de ajuste a presión frente a otros métodos de sujeción

Ejemplos de aplicaciones de cierre a presión en diversos productos.

El uso de uniones a presión es común en todas partes: en carcasas electrónicas, muebles, piezas de automóviles, equipos de diagnóstico médico y muchos más. La siguiente tabla destaca algunos ejemplos de aplicaciones comunes. 

Materiales de ajuste a presión

Los termoplásticos son la principal opción para los cierres a presión, ya que ofrecen elasticidad, resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga y flexibilidad. Se pueden utilizar ABS, PP, nailon, PC y otros plásticos según los requisitos de carga y la aplicación deseada. En algunos casos, también se eligen aceros para muelles y otros metales para el diseño de cierres a presión.

Veamos la lista de materiales de ajuste a presión a continuación;

• ABS: Es relativamente más rígido que otros plásticos y también es susceptible al blanqueamiento por tensión. 
• Polipropileno (PP): El PP tiene una excelente resistencia a la fatiga y también proporciona una deformación máxima. 
• Nylon: El nailon reduce la rigidez en los diseños de ajuste a presión y también absorbe los impactos.
• Policarbonato (PC): Ofrece una excelente resistencia al impacto y es más estable térmicamente.
• Acetal / POM: Se caracteriza por su baja fricción, buena capacidad de recuperación elástica y resistencia al desgaste.

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Recapitulación 

Los encajes a presión son una forma sencilla de unir piezas, ya que no se necesitan operaciones ni componentes adicionales para encajarlas. Se pueden utilizar para metales, compuestos plásticos y cauchos fabricados mediante diversas técnicas, como mecanizado CNC, impresión 3D y moldeo por inyección. Además, sus diferentes tipos o Las diferentes variantes permiten a los fabricantes abordar distintas complejidades y requisitos. 

Si necesita piezas mecánicas con encajes a presión u otras características de ensamblaje, ProleanTech es un socio confiable para su proyecto. Contamos con una fábrica de fabricación avanzada con expertos en tecnología. Para obtener más información, puede enviarnos su diseño y Contactar! 

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es la fuerza adecuada para los cierres a presión?

La fuerza adecuada para los cierres a presión depende de las propiedades del material, el diseño de la unión y la aplicación. Además, debe equilibrarse la facilidad de montaje y desmontaje con la fuerza de sujeción requerida.

¿Qué es el principio de ajuste a presión?

El sistema de encaje a presión utiliza geometrías flexibles que se deforman temporalmente durante el montaje, lo que permite que dos piezas encajen entre sí. 

¿Cómo elegir el tipo de cierre a presión adecuado?

La elección del tipo de cierre a presión adecuado depende de factores como el material, los requisitos de carga, la facilidad de montaje y la frecuencia de desmontaje.