Tipos de fijaciones para automóviles: Todo lo que necesita saber

La ingeniería de automoción se basa en los detalles y la precisión, con muchas piezas que trabajan juntas para garantizar que el coche funcione bien, sea seguro y fiable. A menudo no se presta mucha atención a los elementos de fijación, pero siguen siendo componentes estructurales muy importantes.

Es importante que los ingenieros, los fabricantes y todos los demás implicados en la industria del automóvil conozcan los distintos tipos de elementos de fijación para automóviles, los materiales y sus usos. El proceso de diseño automovilístico hace especial hincapié en la selección del material y el elemento de fijación adecuados para cada aplicación.

¿Qué son las fijaciones de automoción y por qué son importantes?

Las fijaciones son esenciales porque mantienen unidos varios componentes del vehículo. Las fijaciones de automoción son dispositivos mecánicos que unen o fijan dos o más piezas pequeñas de un vehículo. Su función es mucho más que unir componentes del vehículo; son fundamentales para la resistencia estructural del vehículo, su seguridad durante el funcionamiento y su durabilidad a lo largo del tiempo. Cada dispositivo de fijación para automóviles se elige en función de las condiciones específicas a las que estará sometido y de su finalidad, buscando soluciones sencillas siempre que sea posible.

Las fijaciones de automoción desempeñan funciones críticas en la industria de fabricación de piezas de automoción que no pueden pasarse por alto. El fallo de un solo elemento de fijación, en determinadas situaciones, puede provocar cosas molestas como ruidos de traqueteo y desalineación de componentes, o problemas graves que pueden provocar fallos del sistema que pongan en peligro la seguridad del vehículo. Expuesto a constantes vibraciones, temperaturas y fuerzas corrosivas, el entorno dentro de un vehículo es increíblemente estresante. Por eso, los distintos elementos de fijación, como los de plástico y los metálicos, deben ser fiables y resistentes, además de estar especialmente adaptados a su finalidad. El diseño y la aplicación de las fijaciones se tienen muy en cuenta en la fabricación y el mantenimiento de los automóviles. Las continuas innovaciones en las tecnologías automovilísticas, como el aligeramiento de peso y el aumento de las tendencias de adopción de vehículos eléctricos, prestan una atención adicional a la ciencia de los materiales y al diseño de elementos de fijación.

Tipos comunes de fijaciones para automóviles

El surtido de elementos de fijación utilizados en la industria del automóvil es amplio, ya que cada uno de ellos se fabrica para una necesidad mecánica, un servicio, unos procesos de montaje y unas condiciones de servicio específicos. A continuación se indican algunos de los tipos más comunes de fijaciones para automóviles.

Pernos

Los tornillos son uno de los elementos mecánicos de fijación más importantes y utilizados en automoción. Un tornillo se define principalmente por una cabeza en un extremo y un vástago roscado exteriormente. Está diseñado para insertarse a través de orificios no roscados en piezas ensambladas y suele apretarse o aflojarse apretando una tuerca de acoplamiento o un orificio roscado en uno de los componentes.

Numerosas variaciones, como:

• Tornillos de cabeza hexagonal: los más comunes, que ofrecen una buena aplicación del par.
• Pernos de carro: con una cabeza lisa y abombada y un cuello cuadrado para evitar el giro.
• Pernos de brida: tienen una arandela incorporada directamente debajo de la cabeza del tornillo para distribuir la carga. Los pernos de brida hexagonal son una opción muy popular.
• Pernos en U: Tienen el aspecto de la letra U, con roscas en ambos brazos, comúnmente empleadas para sujetar tubos o componentes de la suspensión.

Todo tipo de tornillos son cruciales para la automoción sujetadores del motor, estructuras de soporte como los marcos del chasis, los sistemas de suspensión, así como los cubos de las ruedas como el cojinete del eje.

Tornillos

Los tornillos son elementos de fijación similares a los pernos con rosca exterior, pero normalmente están pensados para introducirse en un orificio ya roscado o para morder su rosca interior en un material más blando (tornillos autorroscantes) a medida que giran hacia abajo. A diferencia de los pernos, los tornillos, incluidos el tornillo hexagonal común y los tornillos de máquina, suelen apretarse a la cabeza giratoria sin el uso directo de una tuerca en el otro lado del conjunto. Entre los tornillos de automoción se incluyen:

Los tornillos se utilizan mucho para apretar los paneles interiores y los módulos electrónicos de los coches, como los embellecedores de la carrocería y el salpicadero. Algunos ejemplos son el tornillo de cabeza plana y el tornillo de cabeza avellanada.

Nueces

Las tuercas, incluidas las de automoción, están diseñadas para fijarse con la rosca exterior de un tornillo y, por tanto, tienen rosca interior. Son importantes para formar uniones aprisionadas, ya que proporcionan la presión de apriete necesaria al atornillar. La forma común de las tuercas es un hexágono porque están diseñadas para apretarse con una llave. Los tipos más comunes son:

• Tuercas hexagonales: estándar de uso general.
• Tuercas de seguridad: Tuercas de bloqueo de inserción de nailon o tuercas de bloqueo de rosca deformada, especialmente fabricadas para evitar que se aflojen cuando se aplican vibraciones.
• Tuercas de sombrerete: también conocidas como tuercas de bellota, se utilizan para cubrir el extremo del tornillo y como protección con una parte superior abovedada.
• Tuercas de brida: que incorpora una lavadora incorporada.
• Tuercas de castillo: ranurados de modo que pueda utilizarse una chaveta para evitar que se aflojen.

Las tuercas son omnipresentes y se utilizan junto con los tornillos en casi todos los sistemas del vehículo, formando una conexión segura.

Remaches

Los remaches son un tipo de fijación que soporta grandes esfuerzos. Antes de su instalación, un remache es un eje cilíndrico liso con una cabeza en un extremo. Una vez que el remache se coloca a través del orificio designado, el extremo de la cola se deforma para crear una nueva cabeza y sujetar firmemente las diferentes piezas entre sí. Los remaches de automoción incluyen:

• Remaches macizos: Deben colocarse por ambos lados de la chapa.
• Remaches ciegos: También conocidos como remaches pop, pueden colocarse desde un lado y se utilizan habitualmente en paneles y molduras de carrocería.
• Remaches tubulares: Sus extremos huecos facilitan el cierre.

Son muy apreciados por su resistencia, su capacidad para soportar vibraciones y su habilidad para unir materiales diferentes. Los remaches se utilizan a menudo en el chasis de un vehículo, la estructura de la carrocería, y también se emplean para placas de identificación u otras piezas embellecedoras.

Lavadoras

Una arandela es una placa en forma de disco con un orificio central que suele acompañar a tornillos, tuercas o cualquier otra herramienta de unión roscada. Su función incluye distribuir uniformemente la carga causada por el dispositivo de fijación del automóvil, evitar cualquier daño a las piezas unidas ofreciendo una superficie lisa y actuar, cuando es necesario, como espaciador, muelle o mecanismo de bloqueo. Cumplen funciones distintas: las arandelas lisas distribuyen el peso, mientras que las arandelas elásticas añaden flexibilidad para combatir la pérdida por vibración. Además, las arandelas tienen diferentes formas y estilos, lo que demuestra su versatilidad. Debido a su versatilidad, las arandelas se pueden encontrar en prácticamente todas las conexiones atornilladas o atornilladas de los vehículos.

Clips

Los clips representan un conjunto heterogéneo de elementos de fijación, principalmente de plástico o metal, destinados a retener piezas juntas o en una posición determinada sin utilizar roscas. Al no haber roscas, utilizan propiedades de resorte o características que se bloquean en su lugar para eliminar el movimiento entre componentes. Entre los tipos de clips para automoción se incluyen:

• Clips de recorte: se utiliza para fijar los paneles embellecedores interiores y exteriores.
• Sujetacables: dedicado a la sujeción del cableado eléctrico.
• Pinzas para mangueras: Abrazaderas que suelen incluirse en esta categoría.
• Clips de panel: designado para las partes de los paneles de la carrocería.

Sirven para piezas que requieren mantenimiento o revisiones frecuentes, ya que se pueden desmontar y volver a montar rápidamente en el vehículo.

Abrazaderas

Las abrazaderas son herramientas fabricadas específicamente para sujetar o asegurar elementos con firmeza para restringir el movimiento o la separación mediante la aplicación de presión hacia dentro. En el contexto de la automoción, son importantes para los sistemas de fluidos y aire. Las abrazaderas más conocidas son las abrazaderas de manguera, que sellan los extremos de las mangueras a los accesorios situados en los sistemas de refrigeración, sistemas de combustible y sistemas de admisión de aire. Otros tipos frecuentes son las abrazaderas de tornillo sin fin, las abrazaderas de banda elástica y las abrazaderas de oreja, que varían en la forma de tensado, sellado y su diseño general.

Alfileres

Se trata de pasadores que son elementos de fijación, cilíndricos o cónicos, que realizan tareas de localización, alineación o unión. En algunos casos, puede permitirse una función rotacional o pivotante, mientras que en otros la conexión puede ser rígida y resistente a las fuerzas de cizallamiento. En la industria del automóvil, podemos incluir:

• Clavijas: para unir dos piezas, como las mitades de un bloque motor.
• Pasadores: pasadores hendidos que se colocan dentro de un agujero de perno y se fijan con una tuerca castillo para retener su movimiento de rotación.
• Pasadores de horquilla: Se utiliza con un pasador de chaveta para separar las juntas pivotantes de los ejes.
• Pasadores de resorte: Pasadores enrollados o en espiral que se encajan en un orificio y aplican una fuerza radial hacia el exterior.

Son fundamentales en los acoplamientos, las transmisiones y la fijación de componentes giratorios.

Studs

Los espárragos son un tipo de tornillo con rosca exterior. Aunque se parecen a los tornillos, también pueden entenderse como varillas roscadas. Un lado del espárrago está diseñado para insertarse en un componente para su instalación permanente (como atornillarse en un orificio roscado, soldarse o presionarse). El otro extremo queda roscado para poder fijar una tuerca. Un buen ejemplo son los espárragos de rueda, que se introducen a presión en el cubo de la rueda y se utilizan para fijar las ruedas con tuercas. Otro ejemplo importante son los espárragos de culata de motor, que se enroscan en el bloque motor y permiten fijar la culata con tuercas. A diferencia de otros tipos de fijaciones, como los pernos, los espárragos son más útiles cuando hay que montar y desmontar repetidamente, ya que el desgaste de los orificios roscados es mínimo.

Muelles

Los muelles, en particular, no se consideran elementos de fijación primarios como los pernos o los tornillos, pero desempeñan una función de fijación o retención al ejercer una fuerza constante. Por ejemplo, el muelle de una válvula de motor mantiene las válvulas cerradas y los muelles utilizados en otros dispositivos mantienen la presión y aseguran los componentes. Además, los muelles helicoidales y de ballesta desempeñan un papel crucial en el sistema de suspensión de un coche. Actúan como elemento fundamental de los sistemas de suspensión, fijando eficazmente el conjunto del eje al chasis del vehículo y permitiendo el movimiento al mismo tiempo.

Fijaciones especiales

Aparte de los tipos comunes, hay un tipo de tornillería especializada que suele crearse para usos particulares en automoción o para satisfacer determinadas necesidades de producción. Entre ellos se incluyen:

Cierres rápidos: para paneles que requieren un desmontaje frecuente.

Cierres de autoapriete: Tuercas, espárragos y separadores PEM® que se adhieren con maestría a las piezas de chapa.

Además, los fabricantes de automóviles idean diseños personalizados, como tornillos con rosca para materiales específicos.

Estos dispositivos suelen inventarse para agilizar el montaje, reducir el peso total o mejorar las prestaciones para usos especializados.

A modo de referencia rápida, la siguiente tabla contiene un resumen de los tipos de tornillos mencionados anteriormente, clasificados por sus usos y ventajas en aplicaciones de automoción:

Materiales habituales en las fijaciones de automoción

La selección del material para un elemento de fijación de automoción desempeña un papel muy importante y en ella influyen varios factores, como la resistencia, la superficie, el área de aplicación, la resistencia a la corrosión, la temperatura de funcionamiento, el peso, la sinergia con otros materiales utilizados y el coste total, sobre todo en relación con las piezas del motor. A continuación se indican los materiales más utilizados en las fijaciones de automoción:

Acero

El acero, en sus formas aleadas, es el material más utilizado para las fijaciones de automoción por su relación resistencia/coste y su versatilidad para ser trabajado y moldeado. La protección contra la oxidación suele aplicarse mediante recubrimientos.

• Acero bajo en carbono: Se utiliza para aplicaciones menos importantes, como algunos tornillos, clips, pernos ligeros y otros componentes que no requieren resistencia.
• Acero de medio carbono: Sometidos a algún tipo de tratamiento térmico (templado y revenido) para aumentar su resistencia a la tracción (por ejemplo, grados SAE 5 y 8, o clases ISO 8.8, 10.9, 12.9). Estas fijaciones desempeñan importantes funciones estructurales en motores, transmisiones, suspensiones y chasis.
• Aceros aleados: Se añaden componentes como cromo, molibdeno y níquel para mejorar determinadas características como el cromo, el endurecimiento y la resistencia a altas temperaturas. Se utiliza para pernos y espárragos de resistencia extremadamente alta en aplicaciones exigentes.

Los elementos de fijación de acero suelen recubrirse (por ejemplo, con zinc, fosfato o recubrimientos patentados) para mejorar su resistencia a la corrosión.

Aluminio

Las aplicaciones de las fijaciones de aluminio están aumentando en la industria del automóvil, sobre todo en áreas como los paneles de la carrocería y los componentes del motor, así como en los interiores, debido al objetivo de reducción de peso. El aluminio ofrece una resistencia adecuada a la corrosión en diversos entornos, al tiempo que posee una relación resistencia-peso favorable. Con estas ventajas, el aluminio presenta dificultades a la hora de competir con el acero, ya que posee una menor resistencia y un mayor coeficiente térmico de expansión. Debe prestarse especial atención al diseño dieléctrico cuando se utilicen elementos de fijación de aluminio con otros metales, concretamente acero, debido a la corrosión galvánica.

Plásticos

Diferentes tipos de plásticos técnicos, como el nailon, el polipropileno y el acetal, se utilizan para diversas fijaciones de plástico, sobre todo para clips, retenedores y una ligera gama de fijaciones a presión junto con tornillos. En comparación con los metales, los plásticos son muy ligeros, inmunes a la corrosión, aislantes eléctricos, buenos amortiguadores y se les puede dar forma en diferentes moldes para un montaje a presión sin esfuerzo. Sin embargo, la resistencia que ofrecen los plásticos es considerablemente menor que la de los metales, lo que limita sus aplicaciones para embellecedores y componentes interiores con poca carga.

Titanio

Las aleaciones de titanio son materiales excepcionales para elementos de fijación, ya que ofrecen una relación resistencia-peso inigualable (más fuertes que varios aceros y, sin embargo, 40% más ligeros) y una resistencia a la corrosión sin parangón, incluso a altas temperaturas). Sin embargo, el titanio cuesta bastante más que el acero o el aluminio. Su aplicación en vehículos de producción en serie se limita sobre todo a situaciones de alto rendimiento, competición o reducción extrema de peso, como sistemas de escape, piezas de suspensión y componentes del tren de válvulas del motor de algunos coches exóticos en los que las consideraciones de coste son secundarias.

Latón

El latón, una aleación que contiene cobre y zinc, se emplea para fijaciones de automoción en aplicaciones limitadas en las que se necesita una buena conductividad, resistencia a la corrosión (especialmente al combustible y a algunos productos químicos) y características no magnéticas. Aunque es más débil que el acero, tiene su utilidad. Los tornillos, tuercas y terminales de latón pueden utilizarse en sistemas eléctricos y en algunos componentes del sistema de combustible. Su color brillante puede resultar atractivo para algunos usos no funcionales, pero es poco común en el diseño automovilístico moderno.

Consejos para elegir la fijación ideal para el automóvil

La selección de los elementos de fijación es fundamental para garantizar la seguridad, fiabilidad y durabilidad de un conjunto de automoción. Hay que tener en cuenta varios factores, como el coeficiente de fricción y los requisitos de carga.

Requisitos de carga

El tipo y la magnitud de las cargas sobre el elemento de fijación son las primeras áreas críticas de atención. Esto incluye la tracción (separación), el cizallamiento (deslizamiento), la torsión (giro) e incluso las cargas dinámicas derivadas de impactos y vibraciones. Además, el material, el diámetro y la cantidad de rosca del elemento de fijación deben tener la resistencia suficiente para soportar estas cargas, junto con los factores de seguridad adecuados.

Entorno de trabajo

La elección más rápida está muy influida por el entorno operativo. Entre ellos se incluyen:

• Temperatura: Los rangos superiores (como los que se encuentran en los sistemas de escape y los componentes del motor) pueden debilitar la resistencia de una fijación y hacer que se afloje debido al sobrecalentamiento y el enfriamiento. Estas regiones requieren materiales con el nivel adecuado de estabilidad térmica.
• Corrosión: La sal de las carreteras, los productos químicos y las condiciones de humedad someten a los elementos de fijación a la corrosión. Se necesitan materiales resistentes a la corrosión, como el aluminio, el acero inoxidable o incluso el plástico, así como un revestimiento protector de las fijaciones de acero.
• Vibración: Los vehículos están sometidos a vibraciones constantes que hacen que las fijaciones se aflojen lentamente. Por ello, son esenciales unas características especiales antiaflojamiento y un diseño particular de los elementos de fijación.

Material de las piezas unidas y compatibilidad de los elementos de fijación

Los componentes que se van a unir son igualmente importantes a la hora de elegir el elemento de fijación.

• Corrosión galvánica: Si hay humedad, la unión de metales diferentes con un elemento de fijación puede provocar corrosión galvánica. También se recomienda que el elemento de fijación utilizado sea galvánicamente aislante o compatible.
• Resistencia del material: Antes de alcanzar la carga de apriete adecuada, un elemento de fijación no debe ser demasiado débil para que falle, ni demasiado fuerte para que dañe los materiales unidos más blandos al apretarlos.
• Expansión térmica: Debe prestarse especial atención a las piezas que sufren grandes diferencias de temperatura debido a la presencia de diferentes coeficientes de dilatación en relación con el elemento de fijación y las piezas unidas, especialmente en rangos térmicos con oscilaciones de temperatura considerables.

Coste

El coste siempre será un componente de la producción en serie, mientras que el rendimiento y la fiabilidad siguen siendo fundamentales. El elemento de fijación seleccionado debe cumplir todas las expectativas de ingeniería, pero a un mejor precio. Suele tratarse de un equilibrio entre el coste del material, la complejidad de fabricación del elemento de fijación y su montaje. La aplicación de materiales exóticos o diseños muy especializados suele reservarse para cuando las opciones estándar son insuficientes.

Cómo evitar que se aflojen las fijaciones de automoción？

En la ingeniería de automoción, las vibraciones, los ciclos térmicos y otras cargas dinámicas son algunas de las principales causas de aflojamiento de los elementos de fijación, lo que es motivo de gran preocupación debido a los posibles costes de reparación. He aquí varias estrategias para evitarlo:

Aplicación de los dispositivos de bloqueo

Pueden incorporarse diversos dispositivos mecánicos de bloqueo:

• Tuercas de bloqueo: Las tuercas de bloqueo con inserción de nailon y las tuercas de par de apriete predominante totalmente metálicas (es decir, tuercas de rosca distorsionada o tuercas de desplazamiento elíptico) resisten la rotación mediante la fricción que crean en las roscas de los pernos.
• Arandelas de seguridad: Las arandelas elásticas (helicoidales o cónicas/Belleville) cargan la junta. Las arandelas de seguridad dentadas (arandelas de estrella) se incrustan en los elementos de fijación y en las superficies de la junta.
• Adhesivos fijadores de roscas: Los adhesivos anaeróbicos en forma líquida se aplican a las roscas bruñidas. Curan en ausencia de aire bloqueando las roscas y sellando contra la corrosión.
• Pernos/tuercas de brida dentada: Las estrías se incrustan en la superficie adyacente para evitar que se aflojen los tornillos.

Selección de materiales y resistencia a las vibraciones

La elasticidad intrínseca de los materiales de los elementos de fijación y las juntas puede ayudar a retener la precarga. La elección de materiales con una resistencia adecuada a la fatiga también es igualmente crítica. Algunos diseños de elementos de fijación son más resistentes al aflojamiento por vibración que otros. La rigidez total de la junta, creada por los elementos de fijación y los componentes que se sujetan, también es un factor a tener en cuenta.

Aplicación correcta del par de apriete y llaves dinamométricas

Para evitar el aflojamiento, el método más básico es lograr una precarga correcta (fuerza de apriete) con el par de apriete especificado, que representa la fuerza de rotación aplicada.

• Especificaciones de par: Cada unión tiene un valor de par de apriete específico establecido por los ingenieros. Un apriete insuficiente provocará holgura en la carga de la abrazadera, mientras que un apriete excesivo dañará las roscas o cederá el tornillo.
• Llaves dinamométricas: Las llaves de clic, de viga y digitales son herramientas dinamométricas calibradas que deben sujetarse mientras se controlan mecánicamente durante el montaje y el mantenimiento. Se ajustan para aplicar el par de apriete específico requerido. En el caso de uniones críticas, el apriete por ángulo de par tiene como objetivo una precisión aún mayor.

Inspecciones periódicas y programas de mantenimiento

En el caso de algunas fijaciones críticas, concretamente en vehículos pesados o de alto rendimiento, las revisiones periódicas y las comprobaciones del par de apriete (si así lo especifica el fabricante) forman parte del programa de mantenimiento. La inspección visual puede identificar signos externamente observables de corrosión o fatiga que podrían causar aflojamiento o fallo.

¿Necesita elementos de fijación de alto rendimiento para productos de pruebas de automoción?

Las aplicaciones críticas de pruebas de automoción exigen elementos de fijación diseñados para un rendimiento excepcional y una fiabilidad inquebrantable de un fabricante de elementos de fijación de automoción fiable. Para cumplir estos estrictos requisitos se necesita un socio de fabricación altamente capacitado. TZR es una empresa líder en la fabricación de chapas metálicas, especializada en soluciones de productos metálicos, que ofrece una amplia experiencia en diseño, creación de prototipos y fabricación para el sector de la automoción y otros sectores.

Disponemos de equipos avanzados para fabricar las fijaciones de alto rendimiento que requieren sus necesidades de ensayo, siguiendo con precisión sus especificaciones. Aprovechando la habilidad de nuestro experimentado equipo de ingeniería con materiales críticos como el acero, el acero inoxidable, el aluminio y el cobre, garantizamos un funcionamiento y una durabilidad óptimos. Al adherirnos a estrictas normas de alta calidad y cumplir los rigurosos requisitos de nuestros clientes con certificación ISO 9000, la calidad de nuestros productos alcanza sistemáticamente un índice de aceptación 98%, cumpliendo así las normas mundiales y satisfaciendo las diversas necesidades de clientes de más de 30 países. Cargue su diseño hoy mismo y obtenga presupuestos instantáneos y análisis DFM gratuitos.

No se limite a diseñar una pieza: diseñe un conjunto más inteligente. Cargue su diseño hoy mismo para recibir un presupuesto instantáneo y un análisis DFM gratuito de nuestro equipo de ingeniería.

FAQS

P: ¿Cuáles son los tres tipos de fijaciones para automóviles?

Pernos, tornillos y remaches son tres elementos de fijación habituales en automoción que se utilizan para ensamblar y fijar componentes de automóviles.

Q: ¿Cuántas fijaciones tiene un coche?

La mayoría de los coches contienen entre 3.000 y 5.000 elementos de fijación, dependiendo de la complejidad del vehículo.

Q: ¿Son reutilizables las fijaciones de automoción?

Algunos elementos de fijación metálicos, como los pernos y tuercas estándar, pueden reutilizarse si no están dañados. Sin embargo, los pernos de par de apriete, las tuercas de bloqueo y muchos clips de plástico están diseñados para un solo uso y deben sustituirse para garantizar la seguridad y la fiabilidad.