normalización gráfica de las uniones estructurales mediante

NORMALIZACIÓN GRÁFICA DE LAS UNIONES ESTRUCTURALES
MEDIANTE ADHESIVOS
Arenas Reina, José M. (1); González Gaya, Cristina (2); Guillamón Insa, Antonio (3); Sebastián
Pérez, Miguel A. (2)
(1)
Universidad Politécnica de Madrid, España
Área de Ingeniería de Procesos de Fabricación
Correo electrónico: [email protected]
(2)
Universidad Nacional de Educación a Distancia, España
Área de Ingeniería de Procesos de Fabricación
Correo electrónico:[email protected]
(3)
Universidad Politécnica de Cartagena, España
Área de Expresión Gráfica en la Ingeniería
Correo electrónico: [email protected]
RESUMEN
En la actualidad, el procedimiento empleado por las empresas que utilizan uniones adhesivas para
especificar las cualidades, propiedades y características de las juntas, consiste en realizar
anotaciones escritas en los planos de montaje. Así pues, no existe una metodología normalizada
que favorezca el intercambio de información técnica, a diferencia de lo que ocurre en otros
procesos tecnológicos de unión. Esto justifica la elaboración de pautas normalizadas de acotación
que aúne criterios y simplifique la tarea constructiva, facilitando la labor a los técnicos. El análisis
de los factores técnicos y geométricos más importantes que intervienen en una unión adhesiva
estructural ha servido de orientación y de base para el diseño de un sistema normativo gráfico. En
este trabajo se presenta un sistema normativo de acotación que permite establecer las características
de una unión adhesiva estructural sobre los planos de ingeniería.
Palabras clave: Adhesión estructural; acotación gráfica; normalización.
1. Introducción
La creciente utilización de la tecnología adhesiva en los diferentes ámbitos de la
industria [ Liesa y Bilurbina, 1990] hace necesaria la concreción de un sistema normativo
gráfico que garantice un proceso metodológico en la especificación de las características
de las uniones adhesivas en los planos de montaje.
En un trabajo anterior se puso de manifiesto la ausencia de criterios normativos en
la representación y acotación de las uniones estructurales mediante adhesivos [Arenas,
González, Guillamón y Sebastián, Junio, 2002]. Para este fin se analizaron los factores
que influyen decisivamente en el proceso de fabricación de una junta adhesiva,
clasificándolos en factores técnicos y geométricos. Dicho análisis ha servido de
orientación y de base para el sistema normativo gráfico que se presenta, permitiendo,
además, una clasificación estructurada de los tipos de juntas más frecuentes, facilitando la
elección de la junta más apropiada [Arenas, González, Guillamón y Sebastián, Diciembre,
2002]. Un correcto diseño de la junta requiere precisar, entre otros factores, la geometría
de las piezas que se van a unir [Adams, Comyn y Wake, 1997].
En este trabajo, se propone un sistema normativo gráfico de acotación capaz de
incorporar toda la información técnica necesaria para el montaje de una unión adhesiva
estructural [Arenas, González, Guillamón y Sebastián, Junio, 2002]. Para ilustrar este
sistema, se muestra un ejemplo, tanto para acotación gráfica como simbólica, que indica la
adecuación de la propuesta presentada.
2. Conjunto gráfico para acotación
Para acotar la unión adhesiva se procederá empleando una línea de referencia, según
la figura 1, con un símbolo base que aloje la información más relevante del proceso y
junto al cual puedan especificarse también otros datos complementarios de interés, como
se muestra en la figura 2. Parece aconsejable incluir en la acotación un identificador
simbólico representativo de la unión adhesiva estructural, como parte del símbolo base. Se
ha adoptado como tal un cuadrado y un triángulo unidos, (figura 2), que simbolizan la
boquilla de un envase tradicional de adhesivo, de modo que sea lo más intuitivo posible y
que, además, pueda ser empleado para alojar el símbolo que identifica el tipo de junta o
unión, dándole un carácter funcional además de representativo.
Figura 1. Línea de referencia
Figura 2. Símbolo base
La composición de la línea de referencia y el símbolo base, dan como resultado el
conjunto gráfico que se va a emplear para acotar la unión adhesiva estructural, de una
manera codificada y que permite recoger la información que interviene en el proceso,
según criterio del diseñador (figura 3).
Figura 3. Conjunto gráfico de la unión adhesiva estructural
Se contempla la posibilidad de representación de dos formas diferentes: gráfica y
simbólica. En el primer caso, se representa sobre el plano, además de los sustratos, el
cordón o espesor del adhesivo, así como las dimensiones de la junta (figura 4), de modo
que no es necesario reflejar estas cotas sobre el dibujo. En el caso de la representación
simbólica, no se concretan sobre el plano los detalles anteriores (figura 5), por lo que sí es
necesario disponerlos sobre el dibujo. Por tanto, se concreta un modelo de acotación que
sirva para estos dos casos y, al mismo tiempo, que sea funcional y versátil,
denominándose a su vez, en correspondencia con los modos de representación, acotación
gráfica y simbólica.
Atendiendo a estos criterios, se puede definir cuál es la información que debe
intervenir en la acotación y qué situación ocupará ésta en relación con el conjunto gráfico.
La figura 6 muestra los espacios destinados para ubicar la información relacionada con el
proceso.
Figura 4. Representación gráfica.
Figura 5. Representación simbólica.
Sólo se utilizará la parte superior del símbolo base cuando se trate de acotación
gráfica, es decir, cuando se represente el cordón de adhesivo o el espesor de la capa de la
unión. Cuando se trate de acotación simbólica (sin representación del cordón o espesor de
la capa de adhesivo) se utilizará además la parte inferior. La indicación de si se emplean
cordones o se rellena toda la junta con adhesivo, se realiza mediante la flecha de la línea
de referencia, ennegreciéndola completamente si se trata del relleno total de la junta con
adhesivo, o bien vacía, sin ennegrecer, si la unión ha de realizarse disponiendo el adhesivo
mediante cordones. Dicho convenio gráfico se ilustra en las figuras 7a y 7b.
Figura 6. Disposición de la información que se puede especificar en
el sistema normativo gráfico.
También es importante señalar que no es necesario que aparezcan todos los datos
que se van a describir a continuación, ni es preciso que el conjunto gráfico se represente
íntegramente, sino que se especificará sólo la información que el diseñador considere
oportuna y, por tanto, los cuerpos del símbolo base que sean precisos para situarla.
Figura 7a. Representación del
relleno total de la junta.
Figura 7b. Representación mediante
cordones.
3. Disposición de los factores técnicos principales
Los factores técnicos principales se dispondrán sobre el conjunto gráfico de manera
destacada. Así, éstos aparecen en las casillas al efecto, B, C, D y E de la figura 6,
destinadas a alojar los aspectos más relevantes del proceso adhesivo. Esta información
será la siguiente:
-
Tipo de adhesivo (posición B en la figura 6).
-
Solicitaciones en servicio (posición C en la figura 6).
-
Imprimación de los sustratos (posición D en la figura 6
-
Método de curado (posición E en la figura 6).
4. Disposición de los factores técnicos secundarios
El conocimiento de los factores secundarios, también resulta esencial para la
operación de pegado de una junta. Por esta razón, y una vez sopesados y elegidos los más
destacados, también encuentran emplazamiento en este sistema normativo. Los factores
secundarios figurarán encima del cuadro de rotulación. En esta posición, se dispondrá una
tabla por cada junta en la que figuren los datos que contemplen estos aspectos técnicos.
Esta tabla (tabla 1) recogerá las referencias relacionadas con las características específicas
de los factores técnicos secundarios como: sistema de aplicación del adhesivo, montaje y
sistemas de acoplamiento y ajuste para el caso de juntas cilíndricas y ensayos.
Tabla 1. Tabla de datos de aplicación, montaje y ensayos.
- Modo de aplicación del adhesivo. Método de aplicación del adhesivo sobre los sustratos.
- Montaje. A continuación se disponen los tiempos característicos que son necesarios
observar en la operación de montaje
- Normativa de ensayos. Por último, si es necesario especificar la denominación de las
normas que regulan el tipo de ensayos.
5. Disposición de los factores geométricos
Este sistema de acotación acoge también los factores geométricos de la junta. Las
dimensiones que definen la geometría de la junta se especifican haciendo uso de la parte
inferior del conjunto gráfico en las casillas F y G de la figura 6. Un aspecto que marca, sin
duda, la información que debe figurar en la acotación es el hecho de si el adhesivo se
aplica en forma de cordones (figura 8)o rellenando totalmente la junta (figuras 9 y 10).
Figura 8. Dimensiones finales de los cordones eliminando el sustrato superior.
Los factores geométricos encuentran su emplazamiento en el interior del
identificador simbólico, cuando se trata del símbolo de la geometría de la junta y, en la
zona inferior del conjunto gráfico, cuando se hace mención a las dimensiones. Los datos
se dispondrán de la siguiente forma:
- Símbolo de la junta adhesiva (posición A en la figura 6). Identifica la forma geométrica
de la unión y se incluirá en el interior del identificador.
Figura 9. Aplicación del adhesivo rellenando la junta y sus dimensiones
- Dimensiones (posición F en la figura 6). Cuando el adhesivo sea aplicado mediante
cordones, las dimensiones que deben figurar en esta casilla son el espesor (e), la anchura
(a) y la longitud (l) de los cordones de adhesivo (figura 11). Si la junta ha de fabricarse
rellenando totalmente el espacio, se dispondrá en este mismo lugar el espesor (e) de la
capa de adhesivo y la longitud de la unión (l), tal y como refleja la figura 12.
Figura 10. Junta cilíndrica y sus dimensiones más notables.
- Dimensiones (posición G en la figura 6). El número de cordones (n) y su separación (s),
en el caso de que el adhesivo sea dispuesto de esta manera, son las dimensiones que
deberán figurar en esta casilla (figura 12). Cuando se rellene la junta deberá indicarse el
área (A) de la unión (figura 13). Si se trata de juntas cilíndricas, se indicará el diámetro
(D) y el tipo de ajuste, si se requiere, (p.e. H7 h6) que, como se aprecia en la figura 11,
son dimensiones características de este tipo de juntas. La ubicación de la información para
este último caso, se muestra en la figura 13.
Figura 11. Aplicación mediante
cordones.
Figura 12. Aplicación mediante
relleno de la junta.
6. Características del conjunto gráfico
Con el propósito de conseguir representaciones homogéneas que contribuyan a su
fácil lectura e interpretación, debe existir una cierta similitud en cuanto a los diferentes
elementos que intervienen en un plano (dibujos, cotas, textos o símbolos).
Se han concretado las características de este sistema normativo que deben regir su
aplicación sobre los planos de ingeniería, desde el dimensionamiento de los símbolos que
intervienen (figura 13), como del texto y del espacio requerido para la información
asignada a cada casilla. Se especifican proporciones y medidas con el fin de conciliar las
dimensiones de los símbolos que se utilizan con el texto. Se definen varios tamaños y se
concretan las características de la escritura (altura, separación, grosor, etc.).
También se han especificado las diversas posiciones que puede adoptar el conjunto
gráfico sobre el plano, y cómo debe figurar la información de los parámetros
característicos de la junta en relación con la diferente orientación que puede ocupar su
emplazamiento, que dependerá de las necesidades por motivos de espacio o interferencia
con el dibujo.
Figura 13. Proporciones del identificador simbólico.
7. Aplicación de carácter industrial
La figura 14a, constituye la representación gráfica de la unión adhesiva de un
conjunto cilíndrico retenido por interferencia mediante el sistema de diferencia de
temperatura. Según la acotación de la unión, se debe rellenar completamente la junta con
adhesivo monocomponente de tipo anaeróbico que cura mediante ausencia de oxígeno,
con una resistencia a tracción y a cortadura de 12 y 15 MPa, respectivamente. La
referencia o marca comercial se indica sobre el conjunto gráfico de acotación. Se muestra,
además, el símbolo de la junta y el número de identificación en el plano.
También se representa gráficamente la capa de adhesivo, y mediante el sistema de
acotación general, aparecen las dimensiones del espesor de la capa de adhesivo que resulta
ser de 0,01 mm, la longitud de la unión de 50 mm y se especifica el diámetro del eje y el
agujero de 38 mm junto al que se dispone del tipo de ajuste previsto (H7/f7). Es necesario
destacar que la calidad superficial se corresponde con el valor N7 tipificado en la
normativa, y que se requiere un tratamiento superficial por inmersión en una disolución de
disolvente que permita descontaminar de impurezas y desengrasar las zonas que van a
formar parte de la unión.
La representación simbólica del caso anterior se ofrece en la figura 14b. En ella se
dispone, en las casillas inferiores del conjunto gráfico, la información geométrica
mencionada anteriormente.
Figura 14. Representación gráfica y simbólica de un montaje cilíndrico
La tabla de datos de aplicación, montaje y ensayos, se muestra para ambos casos y
en ésta aparecen los datos secundarios relevantes para la fabricación de la unión. Así, se
puede apreciar que la aplicación del adhesivo debe realizarse mediante pistola manual,
con un tiempo abierto de 30 minutos y una temperatura de aplicación que debe estar
comprendida entre 15 y 35°C. Se indica también que el tipo de interferencia es por
diferencia de temperatura, siendo la temperatura que hay que aplicar al componente
hembra de 125°C, con unos tiempos característicos de montaje, manipulación y puesta en
servicio de 10 minutos, 1 hora y 12 horas, en cada caso. Por último, se especifican sobre
dicha tabla las normas que regulan los ensayos realizados de par de rotura, tracción y
cortadura.
8. Conclusiones
El sistema normativo que se presenta en este trabajo, ha requerido una labor previa
consistente en la selección de los factores relevantes para la fabricación de la unión
adhesiva estructural. Se han clasificado en factores técnicos y geométricos.
Dado que, en la actualidad, las empresas consignan las características de las uniones
adhesivas mediante comentarios escritos junto a los dibujos técnicos, se ha configurado un
sistema normativo gráfico que resuelve este inconveniente, posibilitando la representación
y acotación de dichos dibujos relacionados con las uniones adhesivas estructurales.
El sistema normativo gráfico que se ha propuesto concreta una metodología de
acotación sistemática que permite el intercambio de información técnica sin ambigüedad,
de modo similar a lo que ocurre en otros procesos tecnológicos de unión.
Este soporte normativo contribuye a la reducción de costes y simplificación del
trabajo. Además, supone el valor añadido de establecer un método universal de
representación de la geometría de la junta, así como de las características esenciales de su
construcción.
9. Referencias
Adams, R.D., Comyn, J., Wake, W.C., 1997. Structural adhesive joints in engineering.
Ed. Chapman & Hall. Londres, pp 120-122.
Arenas, J.M., González, C., Guillamón, A., Sebastián, M.A., Junio, 2002. Factores
técnico-geométricos que condicionan la acotación gráfica de las uniones estructurales
mediante adhesivos. XIV Congreso Internacional de Ingeniería Gráfica. Santander, pp
250-259.
Arenas, J.M., González, C., Guillamón, A., Sebastián, M.A., Junio, 2002.
Consideraciones geométricas para el diseño y representación de uniones adhesivas
estructurales. III Jornadas Nacionales sobre Adhesivos. Barcelona, pp 1107-1124.
Arenas, J.M., González, C., Guillamón, A., Sebastián, M.A., Diciembre, 2002. Diseño y
acotación de uniones adhesivas estructurales. Ingeniería Química, Vol. 396, pp 93-102.
Liesa, F., Bilurbina, L., 1990. Adhesivos industriales. Ed. Marcombo. Barcelona, p 65.