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Diseñar uniones adhesivas que generen menos tensión

Optimizar el diseño de las uniones para el uso de adhesivos y cintas permite obtener ciertas ventajas. La cantidad de material utilizado, el coste de mecanizado o la facilidad de proceso desempeñan un papel importante en dicha “optimización”. Los dos ejemplos siguientes muestran cómo conviene sopesar la resistencia con la comodidad o el coste a la hora de mejorar una unión para el uso de adhesivos.

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Unión en esquina

Este diseño básico basado en un empalme de extremos perpendicular no es el idóneo para una unión adhesiva. La tensión principal es de cizalladura, que resulta altamente desfavorable para la unión con adhesivos. La modificación del diseño original añade un componente adicional para reforzar la unión de los componentes originales. Esto redistribuye parte del esfuerzo de desgarro como esfuerzo de cizalladura, lo que refuerza la unión. Un componente mecánico del refuerzo exterior también podría evitar las fuerzas de impacto. Sin embargo, esta unión requiere el uso de una segunda pieza de material y, probablemente, un proceso de unión en dos pasos.

El diseño renovado mejora el rendimiento y la producción. Es mejor que el segundo diseño porque, ahora, la unión no requiere piezas o trabajo adicionales. Esta unión requiere dos piezas de material con una complejidad de mecanizado mínima y se monta en un solo paso. También es más resistente que el resto de diseños, pues las fuerzas de desgarro se sustituyen por completo por una fuerza de compresión, que es la tensión más preferible en las uniones adhesivas.

  • Animación que muestra una unión en esquina básica con esfuerzo de desgarro.

    Unión en esquina básica con esfuerzo de desgarro

    Este diseño básico basado en un empalme de extremos perpendicular es el menos favorable para una unión adhesiva. La tensión principal es de cizalladura, que resulta altamente desfavorable para la unión con adhesivos.

  • Animación que muestra una unión en esquina reforzada.

    Unión en esquina reforzada

    La modificación del diseño original añade un componente adicional para reforzar la unión de los componentes originales. Esto redistribuye parte del esfuerzo de desgarro como esfuerzo de cizalladura, lo que refuerza la unión. Un componente mecánico del refuerzo exterior también podría evitar las fuerzas de impacto. Sin embargo, esta unión requiere el uso de una segunda pieza de material y, probablemente, un proceso de unión en dos pasos.

  • Animación que muestra un diseño óptimo de unión en esquina con diseño mejorado en cuanto a rendimiento y producción.

    Diseño óptimo de una unión en esquina

    El diseño renovado mejora el rendimiento y la producción. Es mejor que el segundo diseño porque, ahora, la unión no requiere piezas o trabajo adicionales. Esta unión requiere dos piezas de material con una complejidad de mecanizado mínima y se monta en un solo paso. También es más resistente que el resto de diseños, pues las fuerzas de desgarro se sustituyen por completo por una fuerza de compresión, que es la tensión más preferible en las uniones adhesivas.


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Unión de solapamiento

Las uniones de solapamiento colocan el adhesivo en cizalladura (resistencia para adhesivos). Mientras que, en condiciones idóneas, el adhesivo se mantiene en cizalladura en todo momento, ¿qué sucede cuando una unión de solapamiento experimenta un esfuerzo de desgarro o cuando el esfuerzo de cizalladura no está perfectamente en plano?

A pesar de ser muy común en las uniones adhesivas, una simple unión de solapamiento podría no proporcionar la resistencia necesaria en todas las situaciones. Por lo general, una unión de solapamiento sencilla está sometida a un esfuerzo de cizalladura. Sin embargo, dicha cizalladura se aplica ligeramente fuera de plano y, a medida que la unión se extiende, empieza a transformarse en desgarro. Esto concentra cierta tensión en los bordes iniciales de la unión de solapamiento.

Para mejorar la unión, puede diseñarse un "ajuste" en uno de los sustratos que ahora sitúe la tensión dentro de plano y ayude a mantener la cizalladura en el adhesivo. El adhesivo se encuentra ligeramente fuera de plano respecto de la tensión, lo que aún podría concentrar parte del esfuerzo de desgarro a medida que la unión se extiende.
Otras mejoras posibles son las uniones de "doble solapamiento". Ahora, ambos sustratos son mecanizados o moldeados y se solapan entre sí. De esta forma, cuando la unión se somete a un esfuerzo de cizalladura, la tensión y el adhesivo están en un mismo plano. Si hay fuerzas de desgarro presentes en el momento del montaje, aún podría haber cierta concentración de tensión.

  • Animación del efecto de cizalladura y desgarro en una unión de solapamiento

    Unión de solapamiento con esfuerzo de cizalladura y desgarro

    A pesar de ser muy común en las uniones adhesivas, una simple unión de solapamiento podría no proporcionar la resistencia necesaria en todas las situaciones. Por lo general, una unión de solapamiento sencilla está sometida a un esfuerzo de cizalladura. Sin embargo, dicha cizalladura se aplica ligeramente fuera de plano y, a medida que la unión se extiende, empieza a transformarse en desgarro. Esto concentra cierta tensión en los bordes iniciales de la unión de solapamiento.

  • Animación del efecto de cizalladura en una unión de solapamiento con ajuste

    El ajuste de la unión de solapamiento reduce el esfuerzo de desgarro

    Para mejorar la unión, puede diseñarse un "ajuste" en uno de los sustratos que ahora sitúe la tensión dentro de plano y ayude a mantener la cizalladura en el adhesivo. El adhesivo se encuentra ligeramente fuera de plano respecto de la tensión, lo que aún podría concentrar parte del esfuerzo de desgarro a medida que la unión se extiende.

  • Animación del efecto de desgarro en una cizalladura plana doble

    Una unión de doble solapamiento reduce aún más el esfuerzo de desgarro

    Otras mejoras posibles son las uniones de "doble solapamiento". Ahora, ambos sustratos son mecanizados o moldeados y se solapan entre sí. De esta forma, cuando la unión se somete a un esfuerzo de cizalladura, la tensión y el adhesivo están en un mismo plano. Si hay fuerzas de desgarro presentes en el momento del montaje, aún podría haber cierta concentración de tensión.
  • Animación del efecto de cizalladura en una unión de doble solapamiento en bisel

    Usar la unión de solapamiento doble en bisel para conseguir la máxima resistencia

    La unión de solapamiento más elaborada incorpora un "bisel" al doble solapamiento. Esto proporciona las mismas ventajas en plano que una unión de doble solapamiento, solo que el "bisel" ahora ofrece una mayor resistencia en presencia de fuerzas de desgarro.

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Consideraciones adicionales para el diseño de uniones de solapamiento

Cada una de las mejoras mencionadas proporciona una mayor resistencia y normalización de la tensión en las uniones de solapamiento. Sin embargo, cada mejora también aumenta la complejidad, el costo y el tiempo necesario. Otra consideración es el formato del adhesivo respecto de la geometría. Si la unión está diseñada con tres dimensiones de cobertura adhesiva, como sucede con las uniones de caja y espiga o con las uniones de doble solapamiento, la aplicación a menudo se limita al uso de adhesivos líquidos. Puesto que las cintas podrían ofrecer ventajas en cuanto a eficiencia de producción y rendimiento, es importante tener en cuenta todos los aspectos a la hora de diseñar una unión adhesiva, con vistas a optimizarla para cada aplicación específica.


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