Parte 2: - Procesos de atornillado para ensamble industrial: conceptos básicos en tornillos, uniones y dinámica. (Parte 2)

Parte 3: Tecnologías de control del par de apriete (torque).

- Introducción:

En esta entrada (que podríamos llamar la parte 3 de nuestra serie en procesos de atornillado industrial) hablaremos de las diferentes técnicas y herramientas de control de apriete industrial que usualmente encontramos disponibles en el mercado. Para un recordatorio de los conceptos básicos en tornillos, uniones y dinámica los invitamos a revisar nuestras entradas previas en este vínculo para la parte 1 (tornillos y sus variantes) y este otro vínculo para la parte 2 (par de apriete y dinámica en diferentes tipos de uniones y sujeción de materiales). Además, aclaro que usaré el termino “torque” para referirme al par de apriete de manera intercambiable.

Apretar tornillos correctamente es una de las grandes preocupaciones de la industria del ensamble. Tornillos que no son apretados con la fuerza y técnica adecuada eventualmente causarán problemas tempranos en la calidad, funcionalidad y vida útil del producto ensamblado. Una primera impresión que diferencia un producto de alta gama contra uno de baja (derivado además del costo) es la calidad del ensamblado; ¿Qué pensará el cliente si el producto se afloja o desarma al poco tiempo de uso? ¿Buscaría el cliente adquirir este producto de nuevo? Obvia respuesta, ¿no lo cree usted?

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

Técnicas comunes de control de par de apriete (torque).

• Sin control (embrague directo o conexión directa): El primer principio de control que mencionaremos es, contradictoriamente, la falta de control. En este tipo de soluciones, la fuerza del motor es transmitida a la flecha, punta o llave, ya sea de manera directa o a través de una serie de reducciones dependiendo de la fuerza del motor y de la velocidad de rotación implementada en la herramienta. Éstas son las soluciones menos costosas de su tipo, lo que la hace muy versátil para ser usada en múltiples aplicaciones al mismo tiempo. Su mayor desventaja, la total falta de control en la fuerza final de apriete, por lo que además de no obtener aprietes consistente, se corre el riesgo de dañar el tornillo o la pieza a ensamblar si la herramienta tiene más fuerza que el máximo torque que soporten estas partes. Usualmente se usa para ensambles donde la fuerza de apriete no es un factor determinante en la calidad final del producto como, por ejemplo, el ensamble de mueblería doméstica en general.

• Herramientas de impacto (impact wrench, pulse wrench): las llaves o atornilladores de impacto tienen un sistema que le permiten a la flecha mantenerse en movimiento proporcionando fuerza de torque a través de golpes o “pulsos” con una fuerza media bien definida. Usualmente se utilizan para torque muy altos, superiores a 20 Nm y que pueden alcanzar en promedio unos 2000 Nm. Las más comunes son mecánicas, donde un cabezal giratorio (llamado usualmente “martillo”) está conectado al motor y empuja axialmente la flecha con la punta o llave (llamada usualmente “yunque”, y que al encontrar resistencia se desliza, gira y golpea nuevamente la flecha transmitiendo así la fuerza nominal del motor al elemento de apriete, y las otras son las de pulso hidráulico, que substituyen el mecanismo mecánico por un par de cámaras de aceite que son empujadas por el giro del motor. Ambas tecnologías permiten una buena repetividad del apriete (max. +/- 10~15% para las de martillo, 5~10% para las hidráulicas), por lo que se puede asegurar que el resultado en el torque del apriete será consistente cada vez que se utilice la herramienta. Se utilizan principalmente para el ensamble de maquinaria pesada y motores, por lo que se encuentran en la industria automotriz, aeroespacial, ferrocarrilera, tubería petroquímica, construcción pesada y astilleros.

• Embragues deslizantes (slip clutch): Cuando se alcanza el torque establecido se activa el deslizamiento de dos trinquetes que separan la rotación del motor de la flecha con la punta o llave. La parte importante a notar es que el motor no se detiene, por lo que depende del operador cuando terminar el proceso. Este tipo de embragues es adecuado para el apriete de uniones suaves, o autoperforantes donde el aumento en la curva de apriete no es constante y requiere la supervisión del operario para detener o continuar el apriete. El problema con los embragues deslizantes es que generan mucho ruido y vibración, además que tienen un desgaste más rápido comparado con otras tecnologías.

• Herramientas de paro automático (automatic shut-off): Las herramientas de paro automático se caracterizan por su capacidad de detener el funcionamiento de la herramienta al momento que se alcanza el par de apriete (torque) preestablecido. En general las herramientas se detienen cortando el suministro de energía, ya sea el flujo de aire o la corriente eléctrica, por medios mecánicos o electrónicos. Las herramientas de paro automático son las más utilizadas en la industria de ensamble y manufactura, pues su precisión es superior al 5% en herramientas de pulso y neumáticas y hasta menos del 1% en herramientas electrónicas de transductores.

La selección adecuada de cada tipo de herramienta dependerá del tipo de resultado que se quiere obtener y de las limitantes mecánicas de la junta y el tipo de ajustador que se está usando. A grandes rasgos se puede resumir de la siguiente manera según el tipo de junta:

- Ensamble rígido o elástico menor a 20Nm: Idealmente se debe usar paro automático, pero también herramientas de embrague si el ruido y la precisión no son objetivos.
- Ensamble rígido mayor a 20Nm: La mejor opción son herramientas de pulso si se busca alta precisión, en caso contrario, llaves de impacto.
- Ensamble elástico mayor a 20Nm: Llaves de impacto.
- Ensambles con tornillos auto-perforantes, auto-roscantes: Sin clutch o de embrague deslizante.

Esta solo es una sugerencia rápida, para asegurar cual será la mejor opción para su proceso, contacte a su representante de ventas Yamazen.

Yamazen Mexicana : Gerardo Pérez Plascencia

Parte 4: Procesos de atornillado para ensamble industrial: sistemas de medición y análisis de par de apriete (Parte 4  y final).

Fuentes citadas:

1.- Altas Copco - Pocket Guide to Screwdriving.

2.- Altas Copco - Pocket Guide to Tightening Techniques.

3.- Fiam Pneumatic - El Proceso de Atornillado Industrial

4.- Fiam Pneumatic - Guía de Selección.