Guía completa de elementos de fijación: tipos, usos y aplicaciones

En la industria actual, los componentes de cualquier material suelen unirse mediante elementos de fijación para obtener uniones limpias y resistentes. Otros métodos alternativos como soldadura, soldadura blanda, brasado, encolado, etc., unen los materiales de forma permanente. Por eso la mayoría de los elementos de fijación son preferibles, ya que la unión puede desmontarse sin dañar los componentes, aunque algunos como los remaches unen permanentemente, salvo que se destruya el propio remache para desmontar la unión.

Hoy conocerás la definición, aplicaciones, funciones, materiales y tipos de elementos de fijación mecánicos. También verás las ventajas e inconvenientes de estos frente a los procesos de unión permanente.

¿Qué es un elemento de fijación?

Un elemento de fijación es un dispositivo que une mecánicamente dos o más objetos. Normalmente pueden ser permanentes o no permanentes, pero se usan a menudo para crear uniones no permanentes. Esto permite desmontar la unión sin dañar las piezas unidas. Otros procesos como la soldadura crean uniones permanentes.

Los elementos de fijación se usan en distintos campos como la metalurgia y la carpintería. Su empleo como proceso de unión en estos ámbitos ha facilitado mucho las cosas. Los elementos metálicos deben ser resistentes y capaces de soportar cargas significativas. A menudo se fabrican mediante metalurgia de polvos y fundición.

Los elementos de fijación roscados son los más empleados para ensamblar piezas por su facilidad de instalación y desinstalación. Las roscas están estandarizadas en dos normas principales: ISO (métrica) y ANSI (unificada). Pueden ser de rosca derecha o izquierda según la aplicación, aunque la mayoría son de rosca derecha. Los elementos roscados se dividen en tres tipos principales: tornillos, tornillos para madera y espárragos.

Aplicaciones de los elementos de fijación

Las aplicaciones son muy comunes hoy por sus ventajas frente a otros procesos de unión. Casi todas las aplicaciones industriales pueden diseñarse para usar solo elementos de fijación, aunque deben considerarse ciertos factores:

• Rosca
• Carga aplicada al elemento
• Rigidez del elemento
• Número de elementos necesarios

Al elegir un elemento para una aplicación dada, también hay que considerar:

• Accesibilidad
• Proceso de instalación
• Condiciones ambientales: temperatura, elementos corrosivos potenciales, exposición al agua
• Restricciones de peso
• Materiales a unir

Aplicaciones cotidianas: sillas, mesas, taburetes, puertas, ventanas, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos, etc. Uso industrial amplio: automoción, aviación, maquinaria agrícola, marina, etc. De hecho, donde haya equipos, siempre se considerarán elementos de fijación.

Materiales de los elementos de fijación

Como se mencionó, la metalurgia de polvos y la fundición son técnicas habituales. Los elementos se fabrican comúnmente con acero. Los aceros más usados en la industria son acero al carbono, acero inoxidable y acero aleado. Los de acero inoxidable se usan en tres series: 200, 300 y 400.

Otros materiales como titanio, aluminio y diversas aleaciones también se usan. En muchos casos, se aplican recubrimientos o chapados especiales para mejorar sus prestaciones, por ejemplo, aumentar la resistencia a la corrosión. Zinc, cromo y galvanizado en caliente son recubrimientos habituales. El hierro es componente de la mayoría de los elementos.

Tipos de elementos de fijación

A continuación los tipos comunes y su descripción.

Elemento de fijación roscado:

Tiene rosca interna y externa. Tornillos, tuercas y pernos son tipos comunes.

Pernos (bolts) — tienen cabeza en un extremo, normalmente hexagonal, y rosca en el otro. Generalmente se usan con tuerca y a veces con arandela para mantenerlos en su sitio.

Tornillos (screws) — similares a los pernos: cabeza en un extremo y rosca en el otro. Suelen roscarse en un agujero roscado internamente. Tornillos de cabeza cilíndrica, tornillos de máquina y tornillos para madera son los distintos tipos disponibles.

Espárragos (studs) — roscados en ambos extremos, por tanto sin cabeza. También se usan para unir componentes con agujeros roscados internos. En este caso se unen dos piezas.

Tuercas (nuts)

Se usan con un perno para apretar dos o más piezas. Tipos comunes:

Tuercas hexagonales (hex nuts) — tuerca hexagonal lisa con rosca interior. La más común, usada en innumerables aplicaciones.

Contratuercas (locknuts) — usadas cuando la tuerca debe bloquearse en su sitio sin apretar contra otro objeto.

Tuercas con inserto de nylon (nylon insert nuts) — tuercas hexagonales con inserto de nylon que evita el aflojamiento por vibración.

Tuercas de corte (shear nuts) — tuercas cónicas con punto de agarre hexagonal que se rompe al alcanzar el par máximo. Difíciles de extraer.

Tuercas de alas (wingnuts) — con dos alas externas que permiten giro manual. Comunes donde la tuerca se retira regularmente.

Arandelas (washers)

Elementos de fijación usados entre la cabeza de un perno, tornillo y tuerca para apretar material. Su propósito principal es aumentar la superficie de apoyo de la cabeza y proteger el material subyacente de daños. Tipos y usos:

Arandelas planas (flat washers) — las más comunes, distribuyen uniformemente la carga del perno, tornillo y tuerca al apretar.

Arandelas de copa (cup washers) — en forma de copa para que la cabeza del elemento encaje. Crean acabado al ras con la cabeza, usadas con tornillos para madera.

Arandelas de muelle (spring washers) — también llamadas arandelas de bloqueo porque impiden que el perno, tornillo o tuerca se aflojen por vibración.

Arandelas de reparación (repair washers) — también llamadas arandelas penny o arandelas de aleta. Diseñadas para crear mayor superficie de apoyo y evitar arrancamiento. Tienen agujero interior pequeño.

Remaches (rivets)

Como se mencionó, los remaches son elementos de fijación permanentes: al extraerlos no pueden reutilizarse. Se usan en algunas industrias y aplicaciones especiales. Comúnmente para unir chapas y planchas metálicas.

Remaches pop (pop rivets) — consisten en cabeza y mandril. Unen dos materiales. En su funcionamiento, el mandril se fuerza dentro del cuerpo del remache, expandiéndolo y agarrando el material. El mandril restante se rompe al agarrar.

Remaches pop de brida grande (large flange pop rivets) — similares a los pop rivets pero con brida mayor.

Remaches multiagarre (multi-grip rivets) — para unir materiales de distinto espesor. Normalmente requerirían múltiples tamaños de remache. Son muy versátiles y rentables.

Ventajas e inconvenientes de los elementos de fijación

Ventajas:

• Reducción de peso en el componente
• Capacidad de unir aceros de alta resistencia hasta Rm = 1500 MPa
• Requisitos mínimos de espacio en la herramienta
• Mantenimiento de la herramienta fácil y sencillo
• Capacidad de unir amplia gama de espesores de chapa con un solo tipo de tuerca (t = 0,5 a 5 mm)
• Todos los paneles de chapa con revestimiento superficial son factibles
• Instalación fácil y sencilla en cualquier dirección de trabajo

Inconvenientes:

• Se añade peso extra a los componentes
• Las líneas de unión son visibles
• Requieren agujeros que debilitan los componentes
• Concentran toda la carga en puntos específicos, lo que contribuye a la fatiga
• Dificultad de re-atornillado
• Corrosión
• Precisión de fuerza

Conclusión

Normalmente, los elementos de fijación pueden ser permanentes o no permanentes, pero se usan a menudo para crear uniones no permanentes. Son dispositivos que unen mecánicamente dos o más objetos. En este artículo hemos tratado la definición, aplicaciones, funciones, materiales y tipos de elementos de fijación mecánicos, así como sus ventajas e inconvenientes.

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