13.3. METODOS DE ENSAMBLE BASADOS EN AJUSTES POR INTERFERENCIAVarios mtodos de ensamble se basan en la interferencia mecnica entre dos piezas coincidentes que se van a unir. Esta interferencia, ya sea durante el ensamble o despus de que se unen las piezas, es lo que las mantiene juntas. Los mtodos incluyen el ajuste con prensa, dispositivos de ajuste por contraccin y expansin, dispositivos de ajuste automtico y anillos de retencin. Ajuste con prensa. Un ensamble de ajuste con prensa es aquel donde los dos componentes tienen un dispositivo de ajuste por interferencia entre ellos. El caso tpico es cuando un pasador (por ejemplo, un pasador cilndrico recto) de cierto dimetro se presiona dentro de un orificio de un dimetro ligeramente menor. Se fabrican pasadores estantadar de distintos tamaos para realizar diversas funciones como: 1) localizar y asegurar los componentes, usados para aumentar los sujetadores roscados por medio de sujecin de dos (o ms) piezas en alineaciones fijas entre s, 2) servir de puntos pivote, para permitir la rotacin de un componente en relacin con el otro y 3) como pasadores de corte. A excepcin de 3), normalmente los pasadores se endurecen. Los pasadores de corte estn hechos de metales ms suaves, de modo que se rompan bajo una carga de corte repentino o severo para salvar al resto del ensamble. Otras aplicaciones del ajuste con prensa incluyen el ensamble de collarines, engranes, poleas y componentes similares en flechas.

Existen diferentes formas de pasador para los ajustes con dispositivos de interferencia. El tipo bsico es un pasador recto, generalmente hecho de alambre o barras de acero al carbono estirado en frio que vara en dimetro de 1.6 a 25mm (1/16 a1.0 in). No tienen conexin a la tierra, y poseen extremos biselados o cuadrados (los extremos biselados facilitan el ajuste con prensa). Los pasadores en bisel se fabrican con especificaciones ms precisas que los pasadores rectos y pueden conectarse a tierra y endurecerse. Se usan para fijar aleacin de componentes ensamblados en troqueles, instalaciones fijas y maquinaria. Los pasadores ahusados poseen un ahusamiento de 6.4 mm (0.25 in) por pie y se introducen en el orificio para establecer una posicin relativa fija entre las piezas. Su

ventaja es que pueden sacarse del orificio con facilidad. Existen otras formas geomtricas adicionales de pasadores disponibles comercialmente, incluidos los pasadores con surcos, rectos, solidos, con tres surcos longitudinales en los cuales el metal se levanta en algn lado de cada surco para provocar la interferencia cuando esos dos se presionan dentro del orificio; pasadores moleteados los cuales tienen un patrn moleteado que produce interferencia en el orificio correspondiente; y pasadores enrollados, tambin llamados pasadores en espiral, que estn hechos de materia prima en tiras enroscadas dentro de un resorte enrollado.

Ajustes por contraccin y expansin. Estos trminos hacen referencia al ensamble de dos piezas que tienen un ajuste por interferencia a temperatura ambiente. El caso tpico es un pasador o flecha cilndrica ensamblada dentro de un collarn. Para ensamblar con ajuste por contraccin, se calienta la pieza externa para agrandarla mediante expansin trmica y la parte interna permanece a temperatura ambiente o se enfra para contraer contraer su tamao. Posteriormente se ensamblan las piezas y se devuelven a la temperatura ambiente para que la pieza externa se encoja, y si se enfra previamente, la pieza interna se expande para formar un ajuste por interferencia fuerte. El ajuste por expansin ocurre cuando solo la pieza interna se enfra y se contrae para un ensamble; una vez que se inserta en el componente correspondiente, se clienta a temperatura ambiente, expandindola para crear el ensamble por interferencia. Estos mtodos de ensamble se usan para asustar engranes, poleas, mangas y otros componentes sobre flechas slidas y huecas. Para obtener el calentamiento o enfriamiento de de las piezas de trabajo se unas varios

mtodos. El equipo incluye sopletes, hornos, calentadores por resistencia elctrica y calentadores por induccin elctrica. Los mtodos de enfriamiento incluyen la refrigeracin convencional, el empacado en hielo seco y la inmersin en lquidos fros, incluido el nitrgeno liquido. El cambio de dimetro resultante depende del coeficiente de expansin trmica y de la diferencia de temperatura que se aplica a la pieza. Si se supone que el calentamiento o enfriamiento se produjo a una temperatura uniforme durante todo el trabajo, el cambio en el dimetro esta dado por: donde E = el coeficiente de expansin trmica lineal, en mm/mm-C (in/in-F) para el material; T2 = a la temperatura a la cual se han calentado o enfriado las piezas en C(F); T1 = temperatura ambiente inicial; D2 = dimetro de la pieza en T2 mm(in); y D1 = dimetro de la pieza en T1. Las ecuaciones para calcular presiones de interferencia y esfuerzos efectivos pueden usarse para determinar los valores correspondientes para los ajustes por contraccin y expansin. Ajustes automticos y anillos de retencin. Los ajustes automticos son una modificacin de los ajustes por interferencia. Un ajuste automtico implica la unin de dos piezas, en las cuales los elementos que coinciden poseen una interferencia temporal mientras se presionan juntos, pero una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble. En la figura 33.13 se muestra un ejemplo tpico: a medida que las piezas se presionan juntas, los elementos que coinciden se deforman elsticamente para alojar la interferencia y despus permiten que las piezas se ajusten de manera automtica; una vez en posicin, los elementos se conectan mecnicamente de modo que no se desensamblan con facilidad. Por lo general, las piezas se disean para que solo exista una ligera interferencia despus del ensamble. Las ventajas del ajuste automtico incluyen que: 1) las piezas pueden disearse con caractersticas de auto lineacin, 2) no se requieren herramientas especiales y 3) el ensamble puede realizarse con mucha rapidez. Originalmente, el ajuste automtico se concibi como un mtodo que sera conveniente para aplicaciones robticas industriales; sin embargo, no es sorprendente que las tcnicas de ensamble que resultan mas fciles para los robots tambin lo sean para las personas que trabajan en el ensamblado.

Un anillo de retencin, tambin conocido como anillo mordaza, es un sujetador que se agarra a presin dentro de un surco que traza una circunferencia sobre una flecha o tubo para formar un hombro, como se ilustra en la figura 33.14. El ensamble pues usarse para ubicar o limitar el movimiento de piezas montadas sobre la flecha. Existen anillos de retencin para aplicaciones externas (flechas) e internas (perforaciones). Estn hechos de laminas metlicas o de alambres sometidos a tratamiento trmico para obtener dureza y rigidez. A fin de ensamblar un anillo de retencin se usan pinzas especiales para deformar elsticamente al anillo de modo que se ajuste sobre la flecha (o dentro de la perforacin) y despus se libera dentro del surco.

13.4. OTROS METODOS MECANICOS DE ENSAMBLEAdems de las tcnicas de sujecin mecnica analizadas con anterioridad, existen varios mtodos adicionales que implican el uso de sujetadores. Estos incluyen el puntillado, el engrapado, el cosido y las clavijas. Puntillado, engrapado y cosido. El puntillado y el engrapado industriales son operaciones similares que implican el uso de sujetadores metlicos en forma de U. El puntillado es una operacin de sujecin en la cual se usa una maquina que produce, una por una, las puntillas en forma de U de alambre de acero, y de inmediato las inserta a travs de las dos

piezas que va a unir. En la figura 3315 se ilustran varios tipos de puntillado de alambre. Las piezas que se van a unir deben ser relativamente delgadas y consistentes con el tamao de la puntilla; el ensamble puede implicar varias combinaciones de materiales metlicos y no metlicos. Las aplicaciones del puntillado industrial incluyen el ensamble de lminas metlicas ligeras, bisagras metlicas, conexiones elctricas, encuadernacin de revistas, cajas de cartn corrugado y empaque final de productos. Las condiciones que favorecen al puntillado en estas aplicaciones son la alta velocidad de la operacin, la eliminacin de orificios prefabricados en las piezas y sujetadores que rodeen las piezas.

En el engrapado se clavan las grapas en forma de U a travs de las dos piezas que se van a unir. Las grapas se proporcionan en tiras convenientes. Las grapas individuales se pegan ligeramente juntas para formar la tira, pero la engrapadora las separa antes de colocarlas. Las grapas se fabrican con diferentes estilos de puntas para facilitar su entrada en el trabajo. Por lo general, las grapas se aplican mediante pistolas neumticas porttiles que contienen tiras con varios cientos de grapas. Las aplicaciones del engrapado industrial incluyen los muebles y la tapicera, el ensamble de asientos de automviles y diversos trabajos de ensamble con lminas metlicas de calibre ligero y plsticos. El cosido es un mtodo comn de unin de piezas suaves y flexibles como telas y piel. El mtodo implica el uso de un cordn o hilo largo entrelazado con las piezas para producir una costura continua entre ellas. El proceso se usa extensamente en la industria para ensamblar ropa. Clavijas. Las clavijas son sujetadores formados de alambre con una mitad redonda en un pasador nico de dos vstagos, como en la figura 33.16. Su dimetro vara entre 0.8mm (0.031 in) y el 19 mm (0.75 in), y tienen diversos estilos de punta, varios de los cuales se muestran en la figura. Las clavijas se insertan en los huecos de las piezas que coinciden y sus extremidades se separan para fijar el ensamble. Se usan para asegurar piezas en flechas y para aplicaciones similares. INSERTOS EN MOLDEADO Y SUJETADORES INTEGRALES: Estos mtodos de ensamble forman una unin permanente entre las piezas mediante el formado de reformado de uno de los componentes a travs de un proceso de manufactura tal como la fundicin, el moldeado o el formado de laminas metlicas.

Insertos en moldeadores y fundiciones. Este mtodo implica la colocacin de un componente dentro de un molde antes del moldeado de plsticos o la fundicin de metales para que se convierta en una pieza permanente e integral del moldeado o de la fundicin. Se prefiere insertar un componente separado en lugar de moldear su forma si el inserto tiene ciertas propiedades (por ejemplo, resistencia) que son superiores a las del material moldeado o fundido, o si la forma obtenida mediante el uso del inserto es demasiado compleja o intrincada para incorporarla en el molde. Los ejemplo de insertos en piezas moldeadas o fundidas incluyen los bujes y tuercas con rosca interna, los pernos prisioneros, los cojinetes y los contactos elctricos con rosca externa. Algunos de ellos se ilustran en la figura 33.17. Los insertos con rosca interna deben colocarse dentro del molde con chavetas roscadas para evitar que el material de moldeo fluya dentro del orificio roscado. La colocacin de insertos dentro de un molde tiene ciertas desventajas en la produccin: 1) el diseo de molde se vuelve ms complicado; 2) el manejo de la colocacin del inserto dentro de la cavidad requiere tiempo, lo que reduce la tasa de produccin; 3) los insertos introducen un material ajeno a la fundicin o moldeado y, en el caso de un defecto, el metal fundido o el plstico no puede recuperarse ni reciclarse con facilidad. A pesar de estas desventajas, el uso de insertos es frecuentemente el diseo ms funcional y el mtodo de produccin de menos costo

Sujetadores integrales. Los sujetadores integrales implican la deformacin de partes de los componentes para que estos se entrelacen y as crear una unin sujeta en forma mecnica. Este mtodo de ensamble es ms comn para piezas de lmina metlica. Las posibilidades que muestra la figura 33.18 incluyen a) lengetas perforadas para conectar alambres o flechas a piezas de lamina metlica; b) protuberancias estampadas, en las cuales se forman protuberancias en una pieza y se aplanan sobre la pieza ensamblada correspondiente; c) costuras, donde los bordes de dos piezas de lamina metlicas separadas, o los bordes opuestos de la misma pieza, se doblan para formar la costura de sujecin; el metal deber ser dctil para que sea factible del doblado; d) formacin de molduras, en la cual una pieza con forma de tubo se conecta a una flecha mas pequea (u

otra pieza redonda), y el dimetro exterior se deforma para producir una interferencia alrededor de toda la circunferencia, y e) la formacin de depresiones, formacin de simples indentaciones redondas en una pieza para que retenga una pieza interna. El apretado de conectores, en el cual los bordes de una pieza se deforman sobre sobre un componente que coincide, es otro ejemplo de ensamble integral, un ejemplo comn implica apretar el can de una terminal elctrica sobre un alambre.

13.5 DISEO PARA ENSAMBLEEl diseo para ensamble (DFA, por sus siglas en ingles) ha recibidos mucha atencin en aos recientes porque las operaciones de ensamble constituyen un enorme costo de mano de obra para muchas compaas de manufactura. La clave para un diseo de

ensamble exitoso se plantea en trminos simples: 1) disear el producto con la menor cantidad de piezas posibles y 2) disear las piezas restantes para que se ensamblen con facilidad. El costo del ensamble se determina en gran parte durante el diseo de produccin, debido a que en esta etapa se establece la cantidad de componentes separados en el producto y se toman decisiones acerca de cmo se ensamblaran dichos componentes. Una vez tomadas estas decisiones, se puede hacer muy poco en la manufactura para influir en los costos de ensamble (excepto, por supuesto, administrar bien las operaciones). En esta seccin se consideraran algunos de los principios que se aplican durante el diseo de productos para facilitar el ensamble. La mayora de los principios se ha desarrollado en el contexto del ensamble mecnico aunque algunos se aplican a otros procesos de ensamble y unin. Mucha de la investigacin en el diseo para ensamble se debe al aumento en el uso de sistemas automatizados de ensamble en la industria. De acuerdo con lo anterior, el anlisis se divide en dos secciones: la primera se refiere a los principios generales del DFA y la segunda se relaciona especficamente con el diseo para ensamble automatizado. PRINCIPIOS GENERALES EN EL DISEO PARA ENSAMBLES La mayora de los principios generales se aplica tanto para el ensamble manual como para el automatizado. Su propsito es obtener la funcin de diseo requerida a travs de medios sencillos y de menor costo. Usar la menor cantidad de piezas posible para reducir la cantidad de ensambles requeridos. Este principio se realiza al combina funciones dentro de la misma pieza, que de lo contrario se obtendran mediante componente separados (por ejemplo, usar una pieza de plstico moldeado en lugar de un ensamble de piezas de lamina metalica). Reducir la cantidad de sujetadores roscados requeridos. En lugar de usar sujetadores roscados separados, los componentes se deben disear para utilizar ajustes de agarre automatico, anillos de retencin, sujetadores integrales y mecanismos de sujeccion similares que se obtengan con mayor rapidez. Deben usarse sujetadores roscados solo cuando estn justificados (por ejemplo cuando se requiera desensamble o ajuste). Estandarizar los sujetadores. Con esto se intenta reducir la cantidad de tamaos y estilos de sujetadores requeridos en el producto. Disminuyen los problemas de hacer pedidos y de inventario, el ensamblador no tiene que distinguir entre los diversos sujetadores distintos, la estacin de trabajo se simplifica y se disminuye la diversidad de herramientas de sujecin diferentes.

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Reducir dificultades de orientacin de las piezas. Por lo general, los problemas de orientacin se reducen al disear piezas que sean simtricas y al minimizar la cantidad de caractersticas asimtricas. Esto permite que el manejo y la insercin sean fciles durante el ensamble. Evitar las piezas que se enreden. Ciertas configuraciones de piezas tienen mayor habilidad de enredarse en secciones de piezas lo que frustra a los ensambladores o atora a los alimentadores automticos. Las piezas con ganchos, orificios, ranuras y rizos exhiben ms esta tendencia que las piezas sin estas caractersticas. Vase la figura 33.20.

DISEO PARA ENSAMBLE AUTOMATIZADO Los mtodos convenientes para el ensamble manual no son necesariamente para el ensamble automatizado. Algunas operaciones de ensamble, que realiza con facilidad una persona, son muy difciles de automatizar (por ejemplo, el ensamble con pernos y tuercas). Para automatizar el proceso de ensamble, deben especificarse los mtodos de sujecin de piezas durante el diseo del producto que se presten para las tcnicas de insercin en maquina y de unin y que no requieren los sentidos, la destreza y la inteligencia de los trabajadores humanos de ensamble. Las siguientes son algunas recomendaciones y principios que se aplican en el diseo de productos para facilitar el ensamble automatizado: Usar la modularidad en el diseo de productos. Aumentar la cantidad de tareas paradas que se realizan mediante un sistema de ensamble automatizado reducir la confiabilidad del sistema. Para aliviar el problema de confiabilidad, se sugiere que el diseo del producto sea modular, donde cada modulo subensamble tenga un mximo de 12 o 13 piezas que deben producirse en un sistema de ensamble nico. Asimismo, el subensamble debe disearse alrededor de una pieza bsica la cual se le agregan otros componentes reducir la necesidad de que se manejen varios componentes a la vez. La practica preferida para el ensamble automatizado es separar las operaciones en estaciones diferentes, en lugar de manejar y sujetar simultneamente varios componentes en la misma estacin de trabajo. Limitar las direcciones requeridas de acceso. Esto significa que debe reducirse el numero de direcciones en las cuales se aaden componentes nuevos en el subensamble existente. En forma ideal, todos los componentes deben agregarse de manera vertical desde arriba, si esto es posible. Componentes de alta calidad. El alto desempeo de un sistema de ensamble automatizado requiere que se aadan componentes de alta calidad en forma

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consistente a cada estacin de trabajo. Los componentes de baja calidad producen atascamientos en los mecanismos de alimentacin y ensamble. Por lo que provocan prdidas de tiempo. Usar ajustes de agarre automtico. Esto elimina la necesidad de sujetadores roscados; el ensamble se realiza mediante la insercin simple, por lo general desde arriba. Solo requiere que las piezas se diseen con caractersticas positivas y negativas especiales para facilitar la insercin y la sujecin.