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• Jesus Sanchez

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 IDENTIFICACION

Y CLASIFICACION DE SUJETADORES

ING. TOMAS ESTRADA ROSALES

SUJETADORES

PROPOSITO DE LOS SUJETADORES

El propósito de los sujetadores es unir todas las partes en las áreas estructurales primarias, estructuras secundarias, zonas presurizadas y no presurizadas y transferir las cargas de una parte a otra tanto en aplicaciones de producción como en reparaciones.

TIPOS DE SUJETADORES Y PERNOS DE AVIACIÓN

FUNCIÓN DE LOS SUJETADORES Elementos de fijación es el término utilizado para describir los distintos tipos de sujetadores y pequeños artículos misceláneos utilizados en la fabricación y reparación de componentes y partes de aeronave. La importancia de los elementos de fijación en aeronaves se suele pasar por alto debido a su pequeño tamaño; sin embargo, la segura

y eficiente operación de cualquier aeronave depende en gran medida de la correcta selección y uso de los elementos de fijación. La adecuada elección de un elemento de fijación es indispensable para lograr una relativa seguridad de la operación de una aeronave, es por ello que los sujetadores utilizados en el sector aeronáutico tienen

características muy diferentes de aquellos usados en industrias más convencionales. En la manufactura y reparación de aeronaves, los sujetadores son utilizados para ensamblar partes de detalle que son combinadas con otras partes mayores que dan lugar a la estructura final que completa una aeronave.

TIPO DE SUJETADORES El tipo de unión al que estará expuesto el sujetador en su operación

final, de cizalla o tensión

El tipo de cargas que serán transferidas a la unión donde se encuentre el sujetador. Las cargas en una aeronave incluyen las experimentadas durante el remolque, durante las operaciones normales de

vuelo, viento-ráfagas, presurización, aterrizaje, entre otras. Todo lo anterior determinara el material de la estructura y su espesor, así como los sujetadores necesarios para dichas

estructuras.

TIPO DE SUJETADORES 

Los sujetadores se pueden listar en diferentes grupos que a su vez pueden ser empleados como

elementos de fijación estructurales que tienen cargas o bien como sujetadores no estructurarles que unen piezas de soporte.

MISIÓN DE LOS SUJETADORES 

Los sujetadores son capaces de transferir una carga de una parte a otra. Por ejemplo, pueden transferir la carga de un motor a un pylon, del pylon al ala y del ala al fuselaje. Para llevar a cabo una transferencia de carga como la descrita anteriormente, es necesario calcular el número de sujetadores así como el diámetro de los mismos.

CLASIFICACIÓN DE LOS SUJETADORES

SUJETADORES COMÚNMENTE EMPLEADOS EN EL PROCESO DE ENSAMBLE 

En uniones con acceso limitado, por ejemplo, los sujetadores ciegos como los Huck Lock, Bolts and Cherry Max son normalmente empleados, mientras que en uniones sin restricciones en acceso son usados los remaches estándar, Hi-Lok y tornillos.

CLASIFICACIÓN DE SUJETADORES

Remache tipo Huck Lock

CLASIFICACIÓN DE SUJETADORESE

Son empleados para uniones permanentes, diseñadas para obtener una resistencia excepcional al esfuerzo cortante. Poseen un bajo peso y en el vástago el cierre se realiza por un collar

TIPOS DE REMACHES CIEGO Remache ciego tipo Cherry lock “Bulbed” La cabeza ciega de este sujetador introduce la palabra “bombilla” en la terminología empleada para los remaches ciegos. Los remaches Cherrylock Bulbed, estos Cherrylock

son remaches estructurales cuya instalación genera la fractura del husillo y el remache queda al ras de los elementos unidos. Son regulados por la especificación NAS 1740.

Empleados en áreas de alta vibración. Algunos estilos de cabeza normalmente utilizados para estos remaches son universal y avellanada (150° y 156°).

CLASIFICACIÓN DE SUJETADORES 

El remache es de dos piezas; la varilla es generalmente de acero, en algunos casos de acero inoxidable y en otros de aleación de aluminio 75ST (aleación de aluminio 7075). La mayoría de los collares son de aleación de aluminio A17S (aleación de aluminio 2117) o 24ST (aleación de aluminio 2024T), o de acero suave. Para montarlos se requiere tener acceso a ambos lados del elemento a remachar. Debe ser colocado con la ayuda de una pistola de remachar y una buterola o con un compresor hidráulico o neumático. El material sobrante del

collar es automáticamente alisado por medio de la pistola; la cabeza debe quedar lisa y perfectamente formada.

SUJETADORES

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Los sujetadores Hi-lite son sujetadores de alto desempeño, el principal componente del sujetador es el pin, ligero y suficientemente fuerte. Su empleo reduce significativamente el peso estructural. Existe un pequeña transición entre el área no roscada y la primera línea

Los sujetadores Hi-lite son sujetadores de alto desempeño, el principal componente del sujetador es el pin, ligero y suficientemente fuerte. Su empleo reduce significativamente el peso estructural.

PL También denominados sujetadores Visu-lok, son sujetadores ciegos de alta resistencia, empleados comúnmente en estructuras metálicas. De forma general constan de 4 componentes: una tuerca roscada y un tornillo, una manga expandible y una tuerca de accionamiento desechable. Son usados en componentes estructurales de aeronaves donde un alto grado de integridad en la unión es requerida.

BOLT-PERNOS 

Los pernos y tornillos son elementos de sujeción para uniones desmontables y son usados cuando por

motivos de fabricación, mantenimiento u otras razones es necesario realizar operaciones frecuentes de desmontaje y cuando las demandas de carga,

resistencia a la tracción y rigidez son superiores a la que los remaches pueden proporcionar.

PRINCIPALES FUNCIONES

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Sus principales funciones son:

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Distribuir las tensiones que se concentrarían en la cabeza del perno o tornillo.

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Proporciona apoyo para orificios de separación grandes en partes ensambladas

FUNCIÓN DE LOS BOLTS 

Los pernos (bolts) y tornillos (screws) son dos tipos de sujetadores que se caracterizan por su rigidez. Generalmente, los pernos son empleados cuando

una elevada rigidez y resistencia es necesaria en la unión de componentes y los tornillos son utilizados donde, la rigidez no es el factor decisivo en

condiciones donde los estados de carga son bajos y no requieren una demanda de seguridad alta (por ejemplo, la fijación de tapas de inspección).

DIFERENCIA DE PERNOS Y TORNILLOS

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Las diferencias principales entre pernos y tornillos son:

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• El perno se monta siempre con una tuerca, el tornillo puede fijarse en un receptáculo con rosca o roscando directamente sobre la última pieza de la unión.

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• Los pernos son de resistencia superior a las de los tornillos.

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• El extremo de la rosca en los pernos es siempre romo, en los tornillos puede ser romo o puntiagudo.

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• En los pernos la longitud de rosca es corta, al contrario de los tornillos.

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• El conjunto de perno - tuerca se aprieta girando la tuerca sobre el perno y la cabeza puede estar diseñada para que gire o no, el tornillo se aprieta siempre girando la cabeza.

DIFERENCIA DE PERNOS Y TORNILLOS

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Los pernos y tornillos se fabrican en distintas formas y materiales para conseguir

diferentes

resistencias.

Para

distinguir

físicamente

sus

características, se clasifican mediante diferentes nomenclaturas las cuales están dadas por medio de una especificación numérica:   

Algunos casos, llevan el nombre del fabricante. La clasificación de pernos, tornillos y tuercas se divide en diversas series basadas en la sección roscada, como NC (American National Coarse), NF (American National Fine), UNC (American Standard Unified Coarse) y UNF (American Standard Unified Fine).

FUNCIONES DE BOLT Los pernos de uso aeronáutico se fabrican con materiales como aleaciones de acero, aluminio y de titanio con tratamientos anticorrosivos como el cadmiado (aceros) y anodizado (aleaciones de aluminio), es común utilizar pernos bajo la clasificación AN, MS y NAS. Las cabezas de los pernos puede ser de variadas formas, las más comunes son las hexagonales pero también están las llamadas eyes bolts y clevis, etc.

BOLTS Y SUS FUNCIONES 

Pernos

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Los pernos de uso aeronáutico se fabrican con materiales como aleaciones de acero, aluminio y de titanio con tratamientos anticorrosivos como el cadmiado (aceros) y anodizado (aleaciones de aluminio), es común utilizar pernos

bajo la clasificación AN, MS y NAS. 

Las cabezas de los pernos puede ser de variadas formas, las más comunes son las hexagonales pero también están las

llamadas eyes bolts y clevis, etc.

NOMECLATURA

Identificación La mayoría de ítems de sujetadores de aviación son identificados por su número de especificación o nombre comercial. Roscados de sujeción y remaches son normalmente identificadas por números AN (Air Force-Navy), NAS (National Aircraft Standard), o números MS (Military Standard). Los sujetadores de liberación rápida son usualmente identificados por los nombres comerciales de fábrica y denominaciones de tamaño.

BOLTS Y SUS FUNCIONES 

Los pernos y tuercas de aleación de aluminio no se utilizan en elementos que serán removidos de forma repetida para propósitos de mantenimiento e inspección.

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Usos generales de los pernos

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Los pernos de cabeza hexagonal, son de uso estructural usados para aplicaciones generales que involucran tensión o cargas de cizallamiento. Los pernos de acero aleado y los de aleación de aluminio más pequeño que ¼ de pulgada en diámetro no son empleados en estructuras primarias.

TIPOS DE BOLTS

BOLTS AN 

Los pernos tipo AN pueden identificarse por el código marcado en la cabeza del perno. Este código permite identificar quien manufacturo el perno, el material y si el perno es del tipo estándar AN o es un perno de aplicación especial.

Tipos de cabezas comercialmente disponibles en los bolts

BOLTS 

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Lockbolts: Empleados para unir de manera permanente dos componentes, combinan las características de un perno de alta resistencia y un remache, pero tiene ventajas sobre ambos.

SU UTILIZACIÓN 

Son generalmente usados en el ala, tren de aterrizaje, tanque de combustible, largueros, entre otros componentes estructurales mayores. Son tres los tipos de lock-bolts normalmente empleados: pull-type, stumpt type y blind type. El pull type, es empleado principalmente en estructuras primarias y secundarias. Su peso puede llegar a ser de tan solo la mitad del peso de un perno y tuerca de acero. Los stumpt type, son utilizados principalmente en uniones donde la holgura no permitiría la instalación de un lock-bolt tipo pulltype. Los blind type tienen excelente resistencia y son empleados en uniones donde el acceso se limita a un solo lado y donde es la instalación de un remache es compleja.

NUT

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Nut(Tuercas)

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Se manufacturan normalmente de acero al carbón cadmiado, acero inoxidable o aleación de aluminio 2024T anodizada entre otros muchos materiales.

NUT

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La sección roscada puede estar orientada a la derecha o izquierda. Por la importancia que tiene el evitar que las tuercas se puedan aflojar involuntariamente, una primera clasificación de las tuercas es distinguir entre las que se pueden girar con llaves o a mano (non-self locking) y remachadas (self-locking).

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Tuercas non-self locking

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La almenada AN 310 se utiliza con los pernos hexagonales AN con orificio en el extremo roscado, pernos de articulación, pernos de ojo, pernos con cabeza taladrada y espárragos para soportar grandes esfuerzos de tracción. Las ranuras realizadas en la parte superior de la tuerca son para alojar el pasador de aletas o alambre de frenar que atravesando el tornillo por el orificio de su extremo impide el giro relativo entre el perno y la tuerca, como todas las tuercas almenadas la necesidad de alinear para el frenado una de las ranuras con el orificio del tornillo hace que no se pueda precisar el par de apriete.

TIPOS DE NUT

La AN 320 es similar a la anterior pero más baja y con ranuras menos profundas, se usan en Combinación con pernos que solo están sometidos a esfuerzos de cortadura Las tuercas hexagonales planas AN 315 y AN 335 son utilizadas para soportar grandes esfuerzos de tracción, como elementos de frenos necesitan arandelas deformables u otros sistemas.

TIPOS DE NUT 

Tuercas self-locking

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Cuando es necesario fijar una pieza sobre otra con tornillos para conseguir una unión desmontable, se precisa de la realización sobre esta última de un agujero roscado. Si el espesor de esta pieza es pequeño, el número de hilos de rosca que cabrán en ella será muy reducido y por tanto la longitud de acoplamiento tornillo – orificio dará como resultado una unión muy débil.

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En estos casos se utilizan las denominadas tuercas remachadas, que consisten en elementos roscados sujetos por algún medio a la pieza delgada. Pueden ser aseguradas por elementos externos de ajuste como los cotter pins, cables de seguridad o tuercas de seguridad. En las tuercas ajustables, el elemento de ajuste forma parte de la misma tuerca.

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La distinción entre turecas ancladas y remachadas es que las primeras se sujetan por una deformación de las mismas o del soporte de la tuerca y las segundas se unen al soporte mediante remaches.

NUT SELF-LOCKING

Dentro de las tuercas remachadas se distinguen aquellas que consisten en un solo cuerpo (integrales), en el que se distingue entre una base delgada provista de dos orificios para sujeción de la tuerca a la pieza con dos remaches y el cuerpo soporte de la rosca.

TIPOS DE REMACHE O SUJETADOR

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Los remaches solidos son definidos como sujetadores de una sola pieza, generalmente instalados mediante la deformación de uno de sus lados. Cuando el remache solido es instalado, se compone de una primer cabeza (de fabrica), un vástago y una segunda cabeza formada por el proceso de deformación del remache (denominada shop head). La denominada shop head, es generada por la deformación del vástago debido a la herramienta denominada bucking bar. Durante el remachado el vástago se expande ligeramente, por tanto, el remache se ajusta firmemente en el orificio o barreno.

REMACHES SOLIDOS

Remache solido instalado en estructuras metálicas

TIPOS DE REMACHES 

La clasificación del tipo de cabeza se asigna de acuerda a la forma observada en la sección transversal de las mismas.

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Cabeza universal (universal head), empleada comúnmente en la manufactura y reparación de interiores y exteriores de aeronaves. Cuando un reemplazo de remache solido es necesario, estos remaches pueden sustituir a cualquiera de sus contrapartes.

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Cabeza redonda (round head), empleado en interiores de una aeronave, excepto cuando cierta holgura es necesaria entre componentes adyacentes. La cabeza redonda tiene una

TIPOS DE REMACHES 

Cabeza plana (flat head), empleado en estructuras interiores donde se precise de una máxima sujeción y donde no hay suficiente holgura para usar un remache de cabeza redondo, raramente empleado en superficies externas.

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Los denominados brazier head rivets ofrecen mínima resistencia al flujo de aire y debido a este factor son frecuentemente usados para remachar las pieles o superficies exteriores, especialmente en las secciones de fuselaje y el empenaje.

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Cabeza avellanada (countersunk head), el remache una vez instalado, queda al ras de la superficie y el ángulo de la cabeza al interior del barreno es normalmente de 100 ° son usados en superficies externas debido a su mínima resistencia a las corrientes, ayudan a minimizar el flujo de aire turbulento.

REMACHES Y SUS FUNCIONES 

Los materiales empleados para este tipo de remaches corresponden a cinco grados de aleaciones de aluminio: 1100,2017-T, 2024-T.

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Los remaches 2117-T son empleados para remachar estructuras de aluminio en general y poseen una elevada resistencia a la corrosión.2117-T y 5056.

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Los remaches 2017-T y 2024-T, son empleados en estructuras de aluminio donde se requiere una resistencia superior a la que proporcionarían los remaches del tipo 2217-T Estos remaches son conocidos como “remaches de caja fría” y deben mantenerse en refrigeración hasta el momento previo a su utilización. Los remaches 2017-T deben ser instalados dentro de la primera hora de ser extraídos del refrigerante y los remaches 2024-T dentro de los primeros veinte minutos.

TIPOS DE SUJETADORES

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Los remaches 5056 son usados para remachar estructuras de aleaciones de magnesio debido a su elevada resistencia a la corrosión en combinación con el magnesio.

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Los remaches de monel son empleados para remachar aleaciones de acero-niquel y pueden ser sustituidos en algunos casos por remaches de acero resistentes a la corrosión.

FASTENER TYPES

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Fastener Types

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A. This section gives some general data about the usual types of mechanical fasteners found on this airplane.

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B. Fasteners can be grouped as either permanent or removable as follows:

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(1) Permanent fasteners are used in the assembly of structure that is not disassembled during usual service. Most permanent fasteners become unserviceable after they are removed and must be discarded. Some hex-drive bolts continue to be serviceable after they are removed. Inspect removed hex-drive bolts to see if they continue to be serviceable as specified in SRM 51-30-2. These types of fasteners are permanent:

TIPOS DE SIJETADORES SOLIDOS

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- solid rivets

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- lockbolts

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- hex-drive bolts

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- radius lead-in bolts

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- blind rivets

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- blind bolts

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- sandwich panel inserts

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SUJETADORES REMOVIBLES

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Removable fasteners are used in the assembly of structure that can or must be

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disassembled during usual service. These types of fasteners are removable fasteners:

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-bolt

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- screws

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-set-screws

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-nuts

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-nutplates

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- threaded inserts

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- washers

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- pins

SUJETADORES SOLIDOS 

Most of the fasteners used on this airplane are solid-shank rivets made from specified aluminum alloys. Solid rivets are permanent fasteners that are used where rivets must have sufficient shear strength and where complete holefilling is important.

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(2) You can use softer alloy rivets as alternative fasteners for the usual rivets in some locations. Although softer alloy rivets are permitted in some locations, a larger number of fasteners or a larger diameter of fastener can be necessary to get the same structural strength. Make sure the material edge margin and fastener spacing are correct when you use softer alloy rivets as alternative fasteners. Refer to SRM 51-30-3 for data about approved fastener substitutions and to see if there are limitations on their use.

LOCKBOLTS AND HEX-DRIVE BOLTS

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Lockbolts and Hex-Drive Bolts

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(1) Lockbolts are permanent fasteners that have a collar that is swaged onto the serrated end of the bolt. Lockbolts have a higher shear strength and a higher clamp-up force than solid

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rivets.

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(2) Hex-drive bolts are almost the same as lockbolts but use a threaded shank together with a threaded collar or nut. Some special hex-drive bolts use a fluted, threaded shank together

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with swage-locking collar. You can use hex-drive bolts as alternative fasteners to lockbolts if you do not have access to the lockbolt installation tools. Refer to SRM 51-30-3 for

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approved alternatives.

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CLASIFICACIÓN DE SUJETADORES

PERMANENTES



SUJETADORES

NO PERMANENTES

REMACHES

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PERMANENTES

HI -LOK, LOCK BOLTS

TIPO DE SUJETADORES

FATIGA SON DE CABEZA SALIENTE, TIPO CORONA, CON VASTAGO CUERDA LARGA Y

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NO PERMANENTE

TENSION

CABEZA HEXAGONAL TIPO CORONA DE CABEZA EMBUTIDA-VASTAGO CUERDA LARGA

CORTE

CABEZA HEXAGONAL TIPO CORONA CABEZA EMBUTIDA VASTAGO LARGO.

EN LA FIGURA 10 SE MUESTRAN LOS TIPOS MÁS COMUNES DE PERNOS Y EN LA TABLA VII LAS DESIGNACIONES MÁS COMUNES PARA LA CLASE DE PERNOS.

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Remaches sólidos

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Son piezas metálicas de un solo componente, de instalación permanente y cuya finalidad es formar uniones resistentes, su instalación más sencilla que otros sistemas de sujeción y calidad más sencilla de comprobar. Su uso aventaja suficientemente en la unión de empalmes estructurales de avión comparado con los otros sistemas.

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Una característica importante de estos remaches es que, una vez instalados, su resistencia se ve aumentada debido al trabajo en frío proporcionado.

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Remaches ciegos

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Los remaches ciegos se emplean cuando se tiene acceso al ensamble únicamente por un lado. Su principal aplicación es para que trabajen al corte, aunque su utilización no se sugiere en aplicaciones que requieran resistencia estructural primaria debido a la inestabilidad del sistema vástago-espiga.

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Su configuración es similar a la de los remaches sólidos, sólo que éstos tienen el vástago hueco en el que va insertada una espiga, de material dúctil, de manera que una vez instalado el remache, la espiga puede jalarse por medio de una herramienta diseñada para tal fin, ensanchando el extremo del vástago (que no puede verse) y unir así las piezas requeridas.

LA TABLA VIII MUESTRA LAS NOMENCLATURAS DE LOS REMACHES SÓLIDOS MÁS USUALES EN AVIACIÓN MIENTRAS QUE EN LA TABLA IX SE DAN LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE ESTA CLASE DE SUJETADORES.

En aviación las aleaciones más comunes las de aluminio, 2017, 2024, 2117 y 7050; las de acero Monel, A286 y 300; y en menor proporción las de titanio-columbio, limitados a aplicaciones específicas.

En la figura 12 se muestran los tipos básicos de esta clase de sujetadores y en la tabla X"' se dan las nomenclaturas más comunes

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Pernos candado (Lockbolts)

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Estos pernos se utilizan normalmente durante el ensamblado de las partes en la fábrica para fijar la posición mutua de las piezas. La característica de estos sujetadores es que se instalan en los orificios con un ajuste de interferencia (ajustado) de manera que su instalación es hermética y de sellado completo, similar a la acción de los remaches.

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Su principal función es también para trabajo al corte y se emplean para dar mayor seguridad contra esfuerzos máximos (rompiéndose al rebasarlos), aunque al igual que los remaches, también los hay para trabajo a tensión

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Como tuerca usan un collar de aluminio y se instalan con herramienta especial que jala el perno a través del orificio e instala el collar de aluminio sobre las estrias del perno.

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Debido a la dificultad de instalación con la adecuada interferencia en estructuras muy. gruesas, el uso de estos pernos se restringe a longitudes de agarre no mayores de 1 plg.

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Estos pernos se fabrican de aleación de titanio, acero CRES A-286 y aluminio.

En la figura 13 se presentan los tipos más comunes y en la tabla XI" se muestran los valores de resistencia para los números de parte indicados.

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Pasadores "Hi-lok“

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Estos sujetadores se emplean en forma intercambiable con los "lockbolts" principalmente durante las reparaciones. Se instalan con collares de aluminio que tienen un diseño tal que se fijan a un determinado apriete y una vez instalado el collar no tiene forma de remoción más que destruyéndolo.

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Otra razón de su uso es que proporcionan una mayor resistencia que los remaches cuando unen componentes cuyo espesor, solos o en conjunto, son de dimensiones considerables.

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Se fabrican de titanio, acero CRES (en casos específicos, de aluminio), con recubrimiento de Al, galvanizados o electroplateados para proteger contra la corrosión.

En la figura 14 se muestra este tipo de sujetadores y en las tablas XII, XIII y XIV se muestran las designaciones más comunes.

BARRENADO 

En el diseño de las aeronaves, la seguridad de las mismas es un factor importante a considerar durante todo el proceso.



Actualmente, el empleo de aeronaves a nivel mundial se calcula en millones. Según las estadísticas actualmente, hay unos 13,000 aviones de pasajeros volando en las distintas rutas de los diversos continentes y se estima un incremento de hasta un 30% en los próximos años, los vuelos desde y hacia diferentes aeropuertos del mundo podrán alcanzar una cifra de alrededor de unos 30,000 por día, o sea unos 21 por minuto. Esto significa que hay una aeronave despegando o aterrizando cada tres segundos.

TRAFICO DE AVIONES



El número de accidentes de aeronaves promediados anualmente es relativamente bajo, los últimos años confirman que el avión es un medio cada vez más seguro: el descenso en siniestros es menor debido a múltiples factores como mejores controles en el tráfico aéreo en comparación con décadas pasadas, sin embargo estas cifras consideradas menores no deben despreciarse, sino por el contrario obligar al sector aeroespacial a disminuir aún más estos índices y generar en lo posible un número de incidentes que tiendan a cero.

PROCESO DE BARRENADO 

En los procesos de manufactura, los procesos que afectan en mayor grado las propiedades finales de los componentes en una aeronave son, los denominados procesos de mecanizado.



En el sector aeronáutico, los procesos de mecanizado empleados en la manufactura de aeronaves son el barrenado (también conocido como taladrado), el fresado, rectificado y torneado.



Un proceso de barrenado inadecuado generara un barreno con defectos en concentricidad, rugosidad, con exceso de dimensiones, entre otras características negativas. La calidad en el acabado de un barreno es de suma importancia debido a que impacta en gran medida el proceso subsecuente de ensamble entre componentes, dicho proceso permite unir mediante elementos de sujeción (denominados de forma general sujetadores) los diferentes componentes previamente barrenados.