Las conexiones de un toque son uno de los mecanismos de conexión mecánica más comunes que se encuentran en los productos que nos rodean. La acción de “tomar algo” generalmente se refiere a una instantánea de fondo. Las tapas de tupperware, tapas de botellas y tapas de bolígrafos son ejemplos comunes de productos de ajuste a presión.
Este texto analiza las conexiones instantáneas en detalle. Cubriremos diferentes tipos de conexiones instantáneas, las ventajas y desventajas de las conexiones instantáneas y algunos consejos y trucos interesantes para el diseño de conexiones instantáneas.
¿Qué es el cierre instantáneo?
Comencemos con una definición formal de cierre instantáneo. Un cierre rápido es una disposición mecánica que conecta componentes flexibles. Los componentes acoplados, generalmente hechos de plástico, tienen características flexibles diseñadas para bloquear el movimiento de cada uno cuando se colocan en una posición relativa específica. Para crear el bloqueo, se presiona un componente contra otro, deformando las características flexibles hasta que "encajan" en sus posiciones de bloqueo.
Conexiones instantáneas
Las conexiones de un toque son un tipo de mecanismo de conexión mecánica que aprovecha las ventajas de una conexión instantánea. Están creados por componentes que pueden interconectarse. Además, los componentes que se ensamblan a presión no requieren sujetadores adicionales para mantenerlos unidos.
Sin embargo, su característica más llamativa es que son reutilizables. Esto significa que los usuarios pueden montar y desmontar conexiones enchufables miles de veces sin que el mecanismo pierda calidad. Generalmente, este no es el caso con otros tipos de sujetadores. Por ejemplo, los expertos recomiendan desechar los sujetadores roscados después de un uso repetido.
La flexibilidad es una propiedad material importante para los componentes de bloqueo a presión porque se deforman temporalmente cuando se introducen y extraen. Una vez bloqueados, los componentes vuelven a su forma original sin deformaciones permanentes. Por lo tanto, los plásticos se utilizan a menudo para realizar conexiones enchufables debido a su flexibilidad y durabilidad.
Tipos de conexiones instantáneas
Existen diferentes tipos de conexiones instantáneas con aplicaciones, ventajas y limitaciones específicas. Esta sección explica los tipos más importantes.
1. Cierre a presión en voladizo
Los accesorios en voladizo son probablemente los más comunes de los diferentes tipos de accesorios. Consisten en un brazo voladizo con un dispositivo de bloqueo en el extremo libre. Para el montaje, el componente se introduce junto con el brazo en una escotadura del otro componente, lo que deforma el brazo. Finalmente, la característica de bloqueo encaja en su lugar al final del hueco y el brazo vuelve a su forma original.
Es una junta mecánica duradera disponible en versiones temporal y permanente. Un problema común es la deformación permanente del brazo articulado. Un estiramiento excesivo puede provocar que el brazo no pueda volver a su forma original o incluso que se rompa.
2. Conexión instantánea en forma de anillo
Los accesorios anulares a presión consisten en un anillo circular que se expande cuando se desliza dentro de una ranura de acoplamiento rígida. La expansión crea tensión en el anillo anular, creando suficiente fuerza de fricción para mantenerlo en la estructura de la ranura.
Este cierre a presión es adecuado para aplicaciones de alta resistencia debido a la distribución uniforme de la tensión en formas de anillo. Sin embargo, existe el riesgo de que se estire demasiado y el uso excesivo también puede hacer que el cierre a presión se afloje con el tiempo.
3. Cierre a presión giratorio
Los accesorios giratorios son muy similares a los accesorios en voladizo en el sentido de que tienen brazos en voladizo con funciones de bloqueo en forma de clip. Sin embargo, el brazo permanece en posición debido a una fuerza de torsión (generalmente proveniente de un resorte y un cojinete).
Para montar/desmontar es necesario trabajar contra la fuerza del resorte y soltar el clip de bloqueo. Es una conexión sencilla, con menor riesgo de fallo y una larga vida útil.
4. Cierre a presión en forma de U
Los racores en forma de U, como su nombre indica, tienen un elemento de bloqueo en forma de U. La forma más sencilla de imaginarlo es pensar en una unión en voladizo con el brazo doblado hasta la mitad sobre sí mismo. Funciona de manera similar. El brazo se flexiona durante el montaje/desmontaje y el clip bloquea los componentes.
Es un diseño de cierre a presión útil y duradero. Sin embargo, es más propenso a estirarse demasiado debido a múltiples áreas de concentración de tensión. Además, no es fácil de fabricar debido a su geometría.
Ventajas de las conexiones instantáneas
Las conexiones de un toque se utilizan en muchas áreas debido a sus numerosas ventajas en el diseño de productos. Un breve resumen de sus principales beneficios es el siguiente:
Fácil montaje/desmontaje
A diferencia de la mayoría de las conexiones mecánicas, los botones de presión son muy prácticos de usar. Se pueden colocar y quitar en segundos y no requieren herramientas especiales (como destornilladores para tornillos).
Sin hardware adicional
Las conexiones rápidas son suficientes para crear conexiones mecánicas. No se requieren sujetadores adicionales como tuercas, arandelas, tornillos, etc. para conectar los componentes.
Fiable y duradero
Cuando se usan correctamente, los cierres a presión pueden durar toda la vida. Tienen una vida útil de varios años y generalmente no contribuyen a inutilizar un producto.
estética
Generalmente, los sujetadores mecánicos son visibles y pueden hacer que el producto sea antiestético. Por ejemplo, en la industria aeroespacial existen miles de sujetadores. Los botones de presión generalmente no son visibles desde el exterior, preservando así el diseño estético de los productos.
Limitaciones en el uso de conexiones instantáneas
Por supuesto, un producto como los botones de presión, con sus numerosas ventajas, también tiene algunas limitaciones. Discutiremos esto ahora.
Proceso de producción complejo
Las características entrelazadas y las áreas de concentración de estrés hacen que producir conexiones instantáneas sea un desafío. Funciones como los clips de bloqueo requieren cortes en el diseño del molde, lo que aumenta la complejidad y el costo. Además, debido a que existe el riesgo de que las uniones se estiren excesivamente cuando se expulsen del molde, se requiere cuidado y tiempo especiales.
fácil de romper
Las piezas flexibles pueden romperse fácilmente. Lo mismo se aplica a los botones de presión. Aunque son duraderos, son propensos a romperse ante una ligera sobrecarga.
Conexiones que son más débiles que duraderas
Las conexiones instantáneas son conexiones no permanentes cuya resistencia no es comparable a la de tornillos, tuercas y pernos. Si bien esta comparación no es justa dadas las aplicaciones específicas de las conexiones instantáneas, creemos que vale la pena mencionarla.
Problemas comunes de diseño de ajuste a presión
Aunque las conexiones instantáneas son duraderas y eficientes, tienen algunos problemas comunes que en ocasiones provocan fallos. Estas son cosas que debes tener en cuenta al diseñar y utilizar conexiones instantáneas para evitar problemas.
Concentración de tensión : La concentración de tensión se refiere a la condición en la que una pequeña parte de la conexión de acoplamiento está bajo una tensión mucho mayor que otras partes. Si las tensiones en estas áreas exceden los límites de resistencia del material, la estructura fallará. Las concentraciones de tensión son comunes en las conexiones enchufables porque son flexibles y tienen curvas/vueltas en su geometría que son susceptibles a tensiones elevadas.
Arrastre : La fluencia es un fenómeno en el que un material se debilita bajo carga durante un largo período de tiempo. Como las conexiones enchufables permanecen cargadas durante largos períodos de tiempo, se produce fluencia, lo que puede comprometer su integridad estructural.
Fatiga : La fatiga se refiere al debilitamiento de una estructura debido a cargas cíclicas/repetitivas. Las conexiones enchufables pueden sufrir fallas por fatiga debido al montaje/desmontaje frecuente.
Condiciones ambientales : el rendimiento de las conexiones enchufables puede verse afectado por condiciones como altas temperaturas, exposición a productos químicos y humedad.
Los mejores consejos para diseñar conexiones instantáneas duraderas
El desarrollo de cierres a presión es un campo desafiante. Los ingenieros deben considerar varios factores al diseñar sujetadores a presión y tener en cuenta los aspectos prácticos mencionados anteriormente. Las decisiones de diseño dependen en gran medida de factores como la aplicación, la disponibilidad de materiales, la capacidad de fabricación y el presupuesto.
En esta sección, compartimos algunos consejos de expertos sobre las mejores prácticas de diseño de integración.
Tolerancia razonable
La mayoría de los problemas surgen porque el ajuste mecánico entre los componentes interconectados es demasiado grande o demasiado pequeño. Los ajustes apretados dan como resultado altas concentraciones de tensión y los ajustes flojos no tienen suficiente fuerza de compromiso en el punto de conexión. Una regla general es diseñar la conexión con una tolerancia entre ajustes de interferencia y ajustes deslizantes.
Rodapié en brazo voladizo
Un método común para reducir las concentraciones de tensiones es eliminar las características geométricas que las causan. Para juntas en voladizo, estas son las esquinas afiladas en la base del brazo. Redondear estas esquinas aumenta su resistencia a las concentraciones de tensiones.
clip ancho
El clip es un componente importante de las conexiones enchufables y soporta una gran parte de la carga. Un clip más ancho es más estable. Por tanto, es capaz de soportar mejor el estrés.
Topes y ojales
Se trata de características de diseño que evitan el anidamiento excesivo de componentes interconectados, lo que provocaría concentraciones de tensiones y estiramientos excesivos. Además, también son útiles para alinear los componentes correspondientes y distribuir su carga.
Diseño cónico
Agregar una ligera inclinación al diseño del cierre a presión reduce las concentraciones de tensión y el consumo de material.
Áreas de aplicación de conexiones instantáneas.
Las conexiones rápidas tienen innumerables usos debido a su facilidad de uso y conveniencia. Destacaremos algunos de los usos más comunes.
Broches : Los broches son increíblemente útiles para unir piezas duraderas y de gran apariencia, permanecen invisibles y crean una conexión fuerte.
Tapas de bolígrafos : Las tapas de los bolígrafos suelen tener cierres a presión en forma de anillo. Los usuarios los presionan en la parte superior del bolígrafo, lo que hace que se abran un poco y cierren el bolígrafo herméticamente.
Cierres de bolsas : Los pequeños cierres a presión de las mochilas de trekking son útiles cuando están llenas y son difíciles de manejar. Estas fuertes conexiones a presión son conexiones en voladizo que brindan suficiente fuerza para mantener el contenido de la mochila en su lugar.
Tapa de tupperware : Todos utilizamos tupperware para envasar nuestra comida. Las tapas suelen tener cierres a presión que duran años sin romperse y son lo suficientemente fuertes como para crear conexiones herméticas.
Concluyendo
Las conexiones rápidas son sin duda una parte importante de la industria del diseño de productos, ya que proporcionan un método eficiente y práctico para crear conexiones mecánicas duraderas. Son omnipresentes en nuestro entorno y definitivamente son importantes para los diseñadores.
Preguntas frecuentes
¿Qué son las conexiones instantáneas?
Las conexiones a presión son un tipo de conexión mecánica en la que elementos entrelazados mantienen dos partes juntas sin sujetadores ni adhesivos adicionales.
¿Qué procesos se utilizan comúnmente para producir conexiones instantáneas?
El proceso más utilizado para producir conexiones enchufables es el moldeo por inyección. Ocasionalmente también se utilizan el mecanizado CNC y la impresión 3D.
¿Qué materiales se pueden utilizar para conexiones instantáneas?
Los materiales más comunes para las conexiones push-in son plásticos como ABS, PETG, nailon y PLA porque son flexibles y fáciles de moldear.
¿Cuáles son las tolerancias adecuadas para el diseño de bloqueo a presión?
No existen reglas estrictas para la tolerancia de diseño de las conexiones enchufables, pero se recomienda que no estén ni demasiado apretadas ni demasiado flojas. Un rango típico para el ancho del espacio es de 0,2 a 0,5 mm, según el tipo de conexión y el material utilizado.
