Parte 1: - Procesos de atornillado para ensamble industrial: conceptos básicos en tornillos, uniones y dinámica. (Parte 1)

Parte 2 – La unión: Tipos, fuerzas y dinámica.

Introducción:

Diferentes materiales tienen diferentes comportamientos al ser unidos por algún elemento de sujeción; aceros, aluminio, plástico, madera, etc., todos se comportan diferente, así como las fuerzas de apriete (cargas de tensión, momento de par o ‘torque’, fuerza de agarre) que pueden soportar entre ellos. Entender este comportamiento es importante para elegir tanto el medio de unión (tornillo) como el atornillador.

Atornilladores de torque controlado / Contadores de Tornillos / Sistemas Automatizados de Apriete

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Definición de par de apriete:

El otro componente del que debemos de hablar es el par de apriete o, coloquialmente, ‘torque’. La definición más simple de par de apriete es básicamente un ’par de fuerza’ para apretar un tornillo o tuerca, y un ‘par de fuerza’ es un dúo de fuerzas de la misma intensidad, paralelas entre si pero en sentido contrario, aplicadas centradas tangencialmente a un punto de rotación o torsión causando un ‘momento de par’, o torque. La unidad de medida del torque es newtons-metro (Nm) o alguna de sus derivadas como libras-pie o kilogramos-centímetro[2].

Definición de unión:

Nos referimos a unión como la sujeción de 2 materiales a través de un elemento de sujeción, tal como un birlo, perno o tornillo. La norma ISO-5393 [1] define 2 tipos de uniones como elástica (soft) y rígida (hard):

• Unión elástica es aquella donde el apriete (torque) nominal se logra a partir del 10% del torque nominal (cuando la parte inferior de la cabeza del tornillo roza la unión) es de al menos 650°.
• Unión rígida es aquella donde el apriete (torque) nominal se logra a partir del 10% del par nominal es de 30° como máximo.

Visualmente podemos interpretar las uniones como curvas de gradiente de par, donde la unión rígida tendrá pendientes más pronunciadas.

Atornilladores de torque controlado / Contadores de Tornillos / Sistemas Automatizados de Apriete / Analizadores de Torque

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Fuerzas de tracción y fuerzas de compresión:

La medición de estas fuerzas de manera directa es complicada, pero la fórmula general para la fuerza de tracción es C=D x K x K donde:

C= torque aplicado en Nm / D= diámetro nominal de tornillo (mm) / K= factor de lubricación (dependiente del material) / P= precarga del tornillo en N

Todos estos elementos influyen en el porcentaje útil transmitido desde el par, pero en general se puede considerar que en condiciones ideales, 70-80% del torque se transforma en precarga en una unión elástica. El resto se disipa en la fricción entre superficies, tanto de las roscas como de la cabeza del tornillo. Estos porcentajes son solo referenciales pues las condiciones que intervienen en la fricción de uniones roscadas son muy variables y con muchos factores que pueden ser muy diferentes según la solución específica, entre los cuales se pueden incluir: tipos de material, inclusión de arandelas, uso de lubricantes, grado de acoplamiento de roscas (dimensionalidad), velocidad de apriete, entre muchas otras.

Límite elástico:

Hemos hablado de las propiedades de las uniones, pero estammos asumiendo que a los elementos sujetadores ('fasteners') como entidades estáticas. Sin embargo, estos a su vez tienen limitantes dependiendo del material de que estén hechos y su forma. Esta combinación define un límite a la fuerza de par (torque) que se le puede aplicar y este se llama "límite elástico".

El límite elástico de un material es la tensión máxima que un material con capacidad elastoplástica (es decir, que se puede deformar sin romperse inmediatamente) puede soportar sin deformarse permanentemente.

Usualmente el diámetro de un tornillo regular define el límite te torque máximo que se puede aplicar al mismo antes de causar rotura por deformación elástica. Si se respeta este límite, el tornillo se puede retirar sin deformarse ni deformar la rosca donde se inserta; aplicar torques mayores causará deformaciones permanentes tanto en el sujetador como en la rosca, o inclusive rompiendo el sujetador en la parte más delgada, usualmente el cabezal, causando problemas mayores en la calidad del producto terminado.

En nuestra siguiente entrada hablaremos de los mecanismos más comunes para el control de par de apriete (torque).

Yamazen Mexicana : Gerardo Pérez Plascencia

Parte 3:- Procesos de atornillado para ensamble industrial: tecnologías de control del par de apriete / torque. (Parte 3)

Fuentes citadas:

1.- ISO 5393:2017(en), Rotary tools for threaded fasteners — Performance test method

2.- Par de fuerzas - Wikipedia

3.- Límite elástico - Wikipedia