Los pernos de brida hexagonal se adoptan ampliamente en ensamblajes de automóviles. Su brida integrada debajo de la cabeza del perno aumenta el área de contacto contra los componentes acoplados, eliminando la necesidad de arandelas planas separadas en ciertas juntas. Estos pernos son compatibles con herramientas de casquillo y equipos de apriete automatizados. En comparación con los pernos de cabeza hexagonal estándar, permiten un mayor rendimiento del ensamblaje, reducen el número de piezas y estabilizan la distribución de tensiones entre las interfaces de las juntas.
Los tornillos de cabeza hexagonal con bridas no se utilizan mucho porque ofrecen un rendimiento antiaflojamiento permanente. Este diseño de sujetador combina resistencia mecánica, eficiencia de ensamblaje, capacidad de carga, características antiaflojamiento y compatibilidad con la producción en masa. El grado de rendimiento, la forma de la brida y el acabado de la superficie se seleccionarán de acuerdo con la carga, vibración, temperatura, condiciones de corrosión y requisitos técnicos de las aplicaciones individuales.
Características del perno de cabeza hexagonal con brida de grado automotriz
| Característica estructural/de rendimiento | Función en el ensamblaje de automóviles | Notas de aplicación |
|---|---|---|
| Brida integrada debajo de la cabeza del perno | Amplía el área de rodamiento y distribuye la presión de contacto. | Las arandelas planas no se pueden eliminar para todos los tipos de juntas. |
| Unidad hexagonal externa | Funciona con herramientas de casquillo y equipos de apriete automatizados. | Debe garantizarse suficiente espacio libre para la instalación y accesibilidad a la toma de corriente |
| Integración de piezas de alto nivel | Reduce el uso de arandelas planas discretas y reduce el riesgo de omitir componentes | Aún se requiere hardware adicional para juntas especiales de sellado o aislamiento. |
| Opción de brida dentada | Aumenta la fricción de contacto y mejora el rendimiento antiaflojamiento en condiciones operativas seleccionadas. | Puede dañar la pintura, el enchapado y las piezas de trabajo de textura suave. |
| Disponible en clases de fuerza 8.8, 10.9 y otras. | Satisface los requisitos de carga para diferentes juntas automotrices | La verificación de las propiedades mecánicas es obligatoria para grados de resistencia seleccionados. |
| Múltiples opciones de tratamiento de superficies | Proporciona protección contra la corrosión para componentes del chasis, la carrocería y el tren motriz. | El coeficiente de fricción y el riesgo de fragilización por hidrógeno deben gestionarse simultáneamente |
¿Por qué el tornillo de brida de cabeza hexagonal se adapta a estructuras automotrices?
Las juntas automotrices frecuentemente emplean láminas de metal estampadas, piezas fundidas, soportes y componentes de paredes delgadas. Las cabezas de pernos estándar ofrecen un área de soporte limitada. Una precarga alta puede provocar indentaciones locales, daños en el revestimiento o deformación plástica en las superficies de contacto.
La cabeza de brida de un perno de cabeza hexagonal equipado con brida- expande la región de soporte debajo de la cabeza del perno. Reduce la presión de contacto local y transfiere la fuerza de sujeción de manera más uniforme a las superficies de la pieza de trabajo. Esta característica se aplica a soportes de carrocería, conjuntos de asientos, accesorios del tren motriz y conexiones seleccionadas del chasis.
Una cara de brida no es un reemplazo universal para las arandelas planas. Siguen siendo necesarias arandelas específicas o estructuras auxiliares para juntas con un diámetro de orificio de pieza de trabajo grande, material de sustrato blando o requisitos de aislamiento, sellado, nivelación y protección de recubrimiento.
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Cómo el perno con brida y cabeza hexagonal mejora la eficiencia del ensamblaje
Las líneas de producción de automóviles imponen requisitos estrictos en cuanto a tiempo de ciclo, detección de errores y consistencia de apriete. Los tornillos para metales con cabeza de brida hexagonal se pueden instalar mediante herramientas neumáticas, husillos de apriete eléctricos o sistemas robóticos.
Cuando el diseño lo permite, la eliminación de arandelas planas discretas ofrece los siguientes beneficios:
- Recuento reducido de componentes para cada unión de sujetadores
- Menor probabilidad de que falten arandelas, que no encajen bien o que estén invertidas
- Menos trabajo para la alimentación de componentes y la gestión de estaciones
- Compatibilidad mejorada con alimentación automática y agarre robótico.
- Menor tiempo de montaje por punto de unión
- Menor riesgo de que piezas extrañas sueltas caigan en carrocerías o equipos de vehículos
Estas ventajas son marginales para el montaje de bajo volumen. Las ganancias de eficiencia y calidad se vuelven significativas en líneas de producción con una gran cantidad de puntos de unión.
¿Puede el tornillo de cabeza hexagonal con arandela resistir el aflojamiento inducido por vibraciones?
Una cara de brida optimiza las condiciones del rodamiento. Los tornillos de cabeza hexagonal estándar con arandelas no pueden evitar que se aflojen únicamente mediante un área de contacto ampliada.
Los vehículos experimentan impactos en la carretera, cargas transversales, vibraciones del motor y cambios de temperatura durante su funcionamiento. Las uniones roscadas aún pueden aflojarse debido a un deslizamiento relativo de la interfaz, una precarga insuficiente o una deformación del empotramiento de la pieza de trabajo.
Los pernos de brida dentada aumentan la fricción de la interfaz a través de perfiles de dientes en la superficie inferior de la brida, pero traen los efectos secundarios correspondientes:
- Arañazos en las superficies de la pieza de trabajo y revestimientos anticorrosión.
- Coeficiente de fricción desplazado en la superficie de apoyo de la cabeza del perno
- Correlación alterada entre par y precarga
- Incompatibilidad con superficies decorativas, plásticas y de aleación de aluminio seleccionadas
- Rendimiento antiaflojamiento degradado después de desmontaje y montaje repetidos
El rendimiento antiaflojamiento de las juntas se basa en el control combinado de la precarga, la rigidez de las juntas, el coeficiente de fricción, el comportamiento de deslizamiento de la interfaz y el proceso de montaje. Depender únicamente de los dientes de brida es insuficiente.
Compatibilidad de tornillos de cabeza hexagonal equipados con arandela-con procesos de apriete automatizados
Las cabezas hexagonales externas crean grandes zonas de contacto para herramientas de casquillo. Se puede transmitir un par de apriete elevado de forma fiable y se pueden disponer cómodamente husillos de apriete automáticos. La geometría estable del cabezal admite el posicionamiento preciso de la herramienta y reduce las paradas de línea causadas por unidades Phillips o de casquillo hexagonal dañadas.
El equipo de apriete puede registrar los siguientes datos de proceso:
- Par de apriete
- Ángulo de rotación
- Duración del apriete
- Curva de variación de par
- Datos de identificación de estaciones y piezas de trabajo.
- Resultados de la evaluación de aprobado-reprobado
La salida de precarga estable no depende únicamente de la geometría de la unidad. La lubricación de la rosca, el recubrimiento de la superficie, la rugosidad de la cara de la brida y el coeficiente de fricción afectan la relación de conversión del par de entrada a la fuerza de sujeción.
Justificación de los múltiples grados de resistencia en tornillos de cabeza hexagonal con arandelas
La magnitud de la carga varía ampliamente según las diferentes posiciones del vehículo, por lo que un solo grado de resistencia no puede cubrir todas las aplicaciones.
Se deben especificar grados apropiados para soportes generales, paneles exteriores y juntas de accesorios no críticos. Es posible que se requieran clases de resistencia 8,8 o 10,9 para el chasis, la suspensión, el sistema de propulsión y las conexiones de cargas elevadas.
Un grado de resistencia más alto no equivale a un mejor rendimiento para cada articulación. Una resistencia excesivamente alta aumenta la susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno, aumenta la complejidad del control del ensamblaje y el costo del material. También puede cambiar los modos de falla a tuercas, carcasas de aluminio o elementos roscados de pared delgada. El grado de resistencia se definirá en función de la carga de trabajo, la precarga, los requisitos de fatiga y el factor de seguridad.
Tratamientos superficiales comunes para tornillos de cabeza hexagonal con conjunto de arandela
Los tratamientos de superficie disponibles incluyen electrogalvanizado, enchapado en zinc y níquel, recubrimientos en escamas de zinc y aluminio y otros sistemas aprobados de protección contra la corrosión. La selección del tratamiento de superficie deberá considerar múltiples factores:
- Exposición del servicio al agua, sedimentos y sal de deshielo.
- Temperatura de funcionamiento dentro de los compartimentos del motor u otras zonas de alta temperatura
- Riesgo de corrosión galvánica cuando se combina con aluminio y metales diferentes.
- Requisitos de prueba de corrosión definidos en las especificaciones del proyecto.
- Impacto dimensional inducido por el recubrimiento en el ajuste de la rosca
- Rango de tolerancia del coeficiente de fricción
- Riesgo de fragilización por hidrógeno para sujetadores de alta resistencia
La duración de la prueba de niebla salina por sí sola no puede representar la calidad general del tornillo de cabeza hexagonal con arandela. Los recubrimientos con resistencia a la corrosión equivalente pueden producir diferentes valores de precarga bajo un par de apriete idéntico cuando los coeficientes de fricción difieren.
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