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• Nayher Jose Orozco

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Uniones fijas y uniones desmontables Escrito por Xavier-Martí Carné

Por definición todas las máquinas constan de un cierto número de elementos que cumplen con una función determinada. Estos elementos, como en el caso de las articulaciones, deben estar sujetos entre ellos para poder realizar su función de forma efectiva, para ello se utilizan las uniones. Como todo en la vida, las uniones se pueden clasificar según diferentes criterios: estáticas, articuladas, fijas, desmontables, grandes, pequeñas, bonitas o feas. Aún así, la clasificación más común para las uniones es entre uniones fijas y uniones desmontables; existiendo para cada tipo otros muchos tipos y clasificaciones. A continuación explico un poco por encima, procurando un enfoque práctico y sencillo para un buen entendimiento y una posible aplicación en diseños electrónicos y su posterior mecanizado. Empezaría a ser hora de acabar con el miedo o el exceso de respeto que los ingenieros de diseño electrónico le tienen al mecanizado, traduciéndose únicamente en retrasos en el desarrollo de los dispositivos y sistemas electrónicos, el Time to Market. ¡Empecemos!

Uniones fijas Las uniones fijas son aquellas uniones cuyos elementos de unión son imposibles de separar sin producir algún desperfecto o rotura en alguno de ellos. Las uniones fijas más comunes hoy en día son las uniones fijas soldadas, las remachadas y por roblones, por ajuste a presión y mediante adhesivos. Las uniones fijas se utilizan cuando estamos seguros que no se va a realizar un desmontaje posterior. ¿Verdad que no soldaríamos nada que después fuéramos a separar (premeditadamente)? Tan simple como eso. Con la salvedad de la unión mediante adhesivo, las uniones fijas normalmente se utilizan cuando la unión entre los dos elementos debe aguantar esfuerzos mecánicos importantes

(aunque existen adhesivos sintéticos muy y muy fuertes). Vamos a ver ahora con un poquito de profundidad las diferentes opciones para este tipo de uniones mecánicas.

Uniones fijas por remache

El remache, como elemento de fijación, consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) con una cabeza en un extremo y que al deformar el extremo opuesto, mediante presión o un golpe, se obtiene otra cabeza que ejerce presión sobre la cara opuesta de la fijación, en consecuencia los elementos implicados en esta unión quedan unidos con una presión que dependerá de la presión aplicada por el propio remache y las propiedades del material. A este proceso se le conoce como remachado o roblonado. ¡Sorpresa! Los remaches acostumbran a ser de metal, acero de bajo contenido en carbono, o de aluminio por ser más dúctiles. Un ejemplo de uso que se me pasa ahora mismo por la cabeza es la fijación de la matrícula en los automóviles. Otro ejemplo de su uso es la fijación de chapas en estructuras en la industria aeronáutica. Un tipo específico de remaches son los roblones, remaches con diámetro superior a 10mm y que a la hora de efectuar el remachado se calientan para facilitar su deformación.

En el caso de la mecanización de dispositivos electrónicos, los remaches se utilizan normalmente cuando no se quiere que el usuario tenga acceso sencillo a la circuitería. Para este tipo de acabados una opción más elegante y económica para producciones mayores es el termo-sellado, aunque se utiliza cuando el casing es de plástico (típicamente ABS). Ya dedicaré un post para esta elegante técnica.

Uniones fijas por soldadura Esta es una de esas uniones que los electrónicos tenemos muy por la mano, pues es como fijamos los componentes a las PCBs aprovechando que el mismo material con el que soldamos estos componentes es un buen conductor, nuestro amigo estaño. Dejad que sea estricto y os pegue una pequeña definición: La soldadura es un proceso de unión entre metales por acción del calor existiendo el material de las piezas y el material que por dicha calor se funde y une las piezas. Al material que se funde para unir la piezas se le conoce como material de aportación. Como siempre clasificando…, existen dos tipos de soldaduras:  

Hetereogénea: El material de aportación es diferente al de las piezas con las que se conformará la estructura. Homogénea: No existe diferencia entre las propiedades del material de la pieza a soldar y el material que se funde. En este tipo de soldaduras se pueden distinguir además las soldaduras autógenas, que son aquellas en las que no se aporta material, es decir, que la misma pieza es la que se funde para la consecución de la unión.

Otra clasificación de las soldaduras permite la clasificación según: Soldadura blanda, soldadura fuerte, soldadura oxiacetilénica o autógena y soldadura eléctrica. Aún así y dada mi experiencia, aunque escueta, no creo relevante una explicación más profunda para un ingeniero electrónico y su trabajo de mecanización. A pesar de esto, que sepáis que la soldadura de los componentes en la placa de circuito impreso se encuentra ubicada en la soldadura blanda. En cualquier caso en este link podéis encontrar una explicación más detallada de cada una de ellas:

Uniones fijas por adhesivo Aún y siendo un tipo de unión fija sin mucha resistencia, el uso de adhesivos es una práctica muy común en la mecanización de dispositivos electrónicos. De hecho un elemento muy utilizado en este tipo de sistemas combina una unión fija por adhesivo y una unión desmontable por pasador y que se verá más adelante, igualmente al lado del texto podéis ver una imagen de la pieza a la que hago referencia. Volviendo a ser estrictos, este tipo de unión fija de clasifica según el origen del adhesivo que puede ser de origen natural o animal. Actualmente y a modo de culturilla, la gran mayoría de pegamentos utilizados en la industria, por no decir todos, son de origen sintético ya que están hechos especialmente para ser más fuertes.

Uniones fijas por presión A falta de ver ningún sistema embebido con este tipo de unión en su mecanizado lo comentaré por cortesía y, quién sabe, quizás lo utilicemos algún día puesto que son útiles para la realización de estructura con partes móviles con pivotes de apoyo. La unión fija por presión consta de dos elementos, el primero corresponde a la pieza interior que corresponde al eje; el segundo es la pieza exterior (el agujero). Las uniones por presión pueden ser débiles o fuertes en función de la relación entre el ancho del eje y el ancho del agujero.

Uniones desmontables Las uniones desmontables se utilizan en caso que se pretenda separar los elementos “conectados” de forma manual o con cierta facilidad una vez montada la estructura. Las uniones desmontables más típicas en el mecanizado de sistemas electrónicos son las uniones mediante elementos roscados, el uso de pasadores y las guías. Como no pretendo olvidar a nadie comentar que también forman parte de este grupo los ejes estriados, los botones, los corchetes, los muelles y el velcro.

Uniones desmontables con elementos roscados

Todos los elementos roscados tienen lo que se denomina rosca, que se caracteriza por el canal o filete que describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor del eje del elemento. La rosca se caracteriza por varios aspectos: El paso que se define como la distancia entre dos filetes consecutivos; la distancia recorrida lineal equivalente para dar una vuelta entera a la rosca por el filete; la inclinación de la rosca con el sentido de giro; y la geometría del propio filete que puede ser cuadrada, diente de sierra, trapezoidal, triangular o redonda. Dado el número de parámetros que condicionan un elemento roscado existen diferentes sistemas de normalización que fijan el paso de la rosca. En Europa estamos acostumbrados a trabajar con la rosca métrica o – tornillos tipo M1, M2, M3, etc..- pero existen otros sistemas que conviene conocer dado que muchas veces debemos incorporar o acoplar módulos embebidos de fuera del continente. Alguna de estas normas: Whitworth, Sellers, Gas, SAE o UNF.

El tornillo es una pieza cilíndrica que está formada por el cuerpo con la rosca exterior y por la cabeza mediante la cual transmitimos la presión y giro. La cabeza del tornillo se caracteriza por su forma y la ranura, aunque en función de la forma no tiene por qué tener ninguna ranura o orificio de sujeción. La cabeza del tornillo está igualmente regulado mediante sistemas de normalizado. El tornillo como elemento roscante no tiene porque venir siempre acompañado de una tuerca pues existen tornillos autoroscantes que se utilizan muchas veces para la fijación de la PCB con el casing de plástico del dispositivo o si el propio casing tiene orificios con rosca interior. Sin querer entrar más en profundidad en el apasionante mundo de los tornillos, las tuercas, los prisioneros y otros elementos roscantes. Sabed que se fabrican con materiales y acabados muy diversos, de manera que podemos acotar más el tipo de pieza que necesitamos en función de si queremos aprovechar el tornillo para conectar las masas entre los diferentes circuitos o si por el contrario queremos asegurar que no lo estén. El material del “receptáculo” (palabra fea donde las haya), la importancia del peso del dispositivo o la fuerza con la que deberán ir presionados también nos afectará en esta elección. Pues aparte de los tornillos M3 metálicos y los acabados niquelados existen alternativas como el nylon que evitará que el dispositivo pese una tonelada sólo por los tornillos del mecanizado y que en caso de simple sujeción realizan su función perfectamente.

Pasadores

Como en el caso del tornillo, el pasador es un elemento de fijación que se sirve de un agujero común en las piezas a unir. Este tipo de uniones se utilizan para soportar esfuerzos paralelos al plano de la unión y se caracterizan por su facilidad de desmontaje. En los dispositivos electrónicos se utilizan normalmente para la fijación –no presión- de elementos independientes. Un ejemplo claro que he visto en diferentes montajes es el de la sujeción de los módulos GSM y GPRS de Cinterion, si habéis trabajado con ellos sabéis a qué me refiero. Como en el caso de los tornillos los más utilizados en sistemas embebidos son de metal o bien de nylon.

Guías Las guías son un ejemplo clarísimo de unión desmontable que se emplea para el montaje de dispositivos electrónicos, pues sólo hace falta echar un ojo al catálogo de cajas para electrónica de Farnell y muchas llevan guías incorporadas para poder colocar la PCB de forma sencilla y cómoda. De cara a la producción de gran número de unidades, la guía

quizás no es la mejor opción pues el hecho que el casing tenga una ranura para la inclusión de la PCB complica su conformado y en consecuencia su precio. Las cajas con guía se utilizan para la producción de series pequeñas, producciones de electrónica a medida o en las cuales no hay un diseño específico del casing para el producto.