Tecnología avanzada para uniones multi-material

Una nueva tecnología de sujeción permite unir materiales disímiles con geometrías complejas de manera rápida y económica.

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Por Emma Wood, directora global de productos para Branson Assembly Technologies en Emerson

La tecnología de remachado y conformado es preferida para muchos tipos de montajes porque, cuando se forma un poste o solapa, es posible conectar o "capturar" de manera segura componentes hechos de una variedad de diversos materiales, como combinaciones de plásticos y metales, telas, medios filtrantes, incluso tarjetas de circuitos impresos (PCB), conmutadores y componentes electrónicos.

Se pueden hacer remaches y conformados fuertes de manera rápida y económica, sin la necesidad de procesos que involucren una sujeción mecánica con mano de obra intensa o procesos costosos de fijación adhesiva. Las aplicaciones son comunes en los mercados médico, automotriz, de electrodomésticos y electrónica de consumo, entre otros.

Por años, los fabricantes y ensambladores se han familiarizado con dos tecnologías de remachado básicas: remachado térmico tradicional y remachado ultrasónico. Sin embargo, muy recientemente, un nuevo enfoque llamado PulseStaking ha demostrado que puede cumplir con las mismas tareas de remachado y conformado que los sistemas de punta calentada y ultrasónicos existentes, permitiendo diseños de productos más diversos y complejos. También es amigable con los componentes electrónicos y circuitos, y une una variedad de materiales mucho más amplia que antes. Echemos un vistazo a los pros y contras de los tres.

Tres tipos de tecnología de remachado

El remachado o conformado térmico convencional utiliza una punta continuamente calentada que se mueve en contacto con material plástico, fundiéndolo y formándolo de acuerdo con la forma de la punta. Todo el proceso de formación, desde la inserción de la punta hasta su remoción, tiene lugar a una temperatura, por lo que puede ser desafiante balancear la entrada del calor necesario para una buena fusión y formación con las temperaturas más frías necesarias para lograr una buena resistencia y estética de la forma acabada.

Las aplicaciones objetivo incluyen formas verticales simples que permiten el acceso vertical directo. Debido a que las puntas térmicas irradian calor, los postes y las características deben estar adecuadamente espaciados para un procesamiento apropiado, y los componentes que se están remachando no deben ser sensibles a la exposición de calor.

Más allá de eso, el proceso de remachado térmico nunca está en un estado estable verdadero. Cada remache absorbe calor de la herramienta y necesita restablecerse antes del siguiente ciclo. Si no se permite un tiempo suficiente de recalentamiento en el proceso, la temperatura de la soldadura puede variar, e incluso uno o dos grados pueden significar la diferencia entre una buena pieza y un desperdicio.

El estampado o remachado ultrasónico emplea energía vibratoria, también aplicada a través del herramental metálico, para crear calor por fricción que se usa para fundir y formar remaches o conformados de plástico. Como en el remachado térmico, las aplicaciones objetivo para remachado ultrasónico incluyen piezas de plástico con formas simples y planas, es decir superficies bidimensionales. El calor de fusión está bastante localizado, por lo que el proceso ultrasónico funciona bien con telas y componentes sensibles al calor y no es probable que irradie calor a las piezas y superficies cercanas.

El proceso PulseStaking tiene mucho en común con el remachado térmico, pero abre nuevas posibilidades de aplicación debido al diseño innovador de la punta (figura 1), la cual permite temperaturas variables localizadas durante el proceso de formación. Cada punta combina un elemento de calentamiento eléctrico con un sistema de enfriamiento de aire comprimido. Este diseño calienta o enfría instantáneamente la punta aplicando "pulsos" de calentamiento o enfriamiento que controlan con precisión la temperatura del material. En comparación con las herramientas térmicas, este proceso puede operar más cerca de la temperatura de fusión de un plástico determinado, lo cual reduce el esfuerzo en la pieza acabada.

Beneficios del proceso

Como se indica, la tecnología PulseStaking puede realizar los mismos tipos de remaches o conformados que la tecnología convencional, a menudo con un mayor grado de consistencia y calidad. Sin embargo, la gran diferencia es la capacidad que tiene PulseStaking para funcionar en aplicaciones de remachado y conformado de alto valor que serían muy difíciles o imposibles de realizar con otros enfoques.

Por ejemplo, la tecnología PulseStaking se puede usar en características de piezas complejas, contorneadas y estrechamente alineadas debido al diseño único de la punta. A diferencia de las puntas tradicionales que irradian calor todo el tiempo, las puntas por pulsos son calentadas y enfriadas de manera independiente e instantánea y con su efecto de calentamiento localizado. Por lo tanto, las puntas por pulsos pueden posicionarse más cerca y en configuraciones más complejas que las puntas tradicionales calentadas. Y, gracias a que las puntas por pulsos se calientan solamente durante su breve ciclo de operación, no existe ningún riesgo de calor radiante no intencionado, incluso si el herramental o las puntas pasan muy cerca de las superficies no objetivo.

La precisión térmica de PulseStaking permite que el PulseStaker proporcione resultados superiores en cosmética y sin partículas en una amplia variedad de plásticos y composiciones. Comparada con otras tecnologías de formación, la tecnología también puede unir una mayor variedad de materiales diferentes, incluyendo cuñas de metal, llaves o botones de plástico, filtros, tela fribrosa o materiales aislantes, PCBs, componentes electrónicos o sensores, y vidrio frágil o elementos de cerámica.

Y, más allá del ámbito de las aplicaciones actuales, la flexibilidad y versatilidad de la tecnología PulseStaking abre nuevas opciones de diseño y producción de piezas. Las puntas están disponibles en muchas formas estándar y personalizadas (por ejemplo, en forma de domo, rectangular, de rombo) y pueden operar individualmente o, si la producción y tiempos de ciclo lo requieren, agrupadas densamente en herramientas más grandes para realizar de manera simultánea múltiples operaciones de formación.

Además, las características de calentamiento localizado de cada punta permiten operaciones de conformado o remachado sobre superficies de piezas en ángulo o geométricamente complejas y el acceso a cavidades profundas u otras áreas difíciles de alcanzar.

Finalmente, PulseStaking ofrece beneficios sustentables. A pesar de que los remachadores térmicos son calentados continuamente ya sea que activamente estén uniendo componentes o no, la punta de PulseStaking se energiza solamente cuando se necesita calor en el proceso de remachado. Esto ahorra una cantidad considerable de energía eléctrica y reduce la cantidad de enfriamiento que puede requerirse en el área de montaje, dando lugar a una ocupación de espacio más pequeña.

La tecnología utiliza controles de bucle abierto o cerrado para completar un ciclo de cuatro pasos en cuestión de segundos.

Calor primario

Cuando la punta de PulseStaking toca la punta de plástico que va a remacharse, una corriente eléctrica pasa a través de la punta, la cual se calienta rápidamente y hace que el plástico se ablande. La punta es empujada sobre el plástico, desplazando el plástico fundido y conformándolo a los contornos de la punta de PulseStaking.

Permanencia o soldadura

La corriente que calienta la punta se apaga mientras que el calor en la punta es conducido dentro del plástico de los alrededores. Los periodos sin energía (permanencia, soldadura, enfriamiento) promueven un calentamiento más uniforme del área objetivo evitando al mismo tiempo el sobrecalentamiento o quemado del plástico que está siendo conformado.

Enfriamiento

Para enfriar el plástico fundido y permitir que solidifique rápidamente, un chorro de aire comprimido es dirigido a través del interior de la punta.

Liberación

Mientras la punta y el plástico conformado se enfrían, estos pueden adherirse entre sí y evitar la separación limpia requerida para un resultado de cosmética superior. Para solucionar este problema, la punta se calienta de nuevo por un tiempo muy breve para ablandar el plástico en contacto con la punta para que esta pueda ser extraída limpiamente. El ciclo termina y la punta se enfría antes de un nuevo ciclo.