No existe hoy por hoy un método de apriete confiable y económico. De todos lo sistemas empleados quizás el más incierto de todos es el que utiliza los pares de apriete como procedimiento de control del ajuste de un tornillo, las causas de esta inexactitud del método del control de torque son muchas. Entre las causas mecánicas están las tolerancias de fabricación, los acabados superficiales, del diámetro del agujero pasante, el tipo de material del asiento, de la presencia de arandela e incluso del coeficiente de roce entre el tornillo y su tuerca, sobre el cual se ha observado hasta discrepancias del 300% para tornillos fabricados con el mismo material. Para salvar un poco la situación muchas empresas han elaborado sus propias tablas con los valores de torque o pares de ajuste a partir de ensayos prácticos y cuando un fabricante da valores de torqueado para los tornillos de sus equipos estos deben ser utilizados preferiblemente sobre las tablas generales a disposición del público.
A pesar de lo poco exacto e incierto de este método de ajuste por medición del par de apriete, paradójicamente es el sistema más utilizado por los mecánicos, técnicos e ingenieros de mantenimiento.
En esta entrega daremos las pautas necesarias para el uso adecuado de las tablas de torques para los tornillos.
En la literatura técnica disponible, manuales, catálogos, etc., existe una diversidad inmensa de tablas para determinar el torque o par de apriete de un tornillo en función del diámetro de rosca y de la calidad de los mismos, pero son pocos los técnicos que las utilizan del modo correcto.
Es un error común entre el personal de mantenimiento ajustar los torquímetros a los valores de par de apriete mostrados en las tablas para el ajuste de los tornillos, no tomando en cuenta la incertidumbre del instrumento de apriete ni las condiciones físicas en que se encuentra el tornillo, el agujero y alojamiento del mismo, si es rosca fina o normal, si lleva arandela, etc.
Lo que ocurre normalmente es un sobre-torqueado de la tornillería por desconocimiento o por no considerar las restricciones necesarias para el uso de estas tablas.
En las tablas de torque normalmente se coloca el par de apriete en función del diámetro de la rosca del tornillo, del tipo de rosca, de la calidad (material) del tornillo y del coeficiente de fricción. También suelen acompañar a los valores de par de apriete, la precarga generada por el tornillo en función del par deajuste.
Las tablas están establecidas para tornillos nuevos, superficies de unión de acero-acero, sin juntas blandas entre las piezas a unir, tolerancia de las rocas 6g/7H, agujeros y asientos con acabado medio, según el tipo de cabeza del tornillo y por los valores de coeficientes de fricción global. Por otro lado, los pares de apriete indicados en la mayoría de las tablas métricas están basados en el 90% del punto de fluencia proporciona (Rp0.2) del material del tornillo y a la temperatura de 20º C. Esta es la razón principal del porqué no se debe emplear directamente los valores listados en las tablas para el ajuste del torquímetro. Al no considerarse la incertidumbre de la herramienta de apriete los tornillos pueden quedar sometidos a tensiones por encima del 90% del Rp0.2, que junto a los efectos de la carga de trabajo sobre el tornillo las tensiones generadas en él pueden superar fácilmente el límite de fluencia del material ocasionando la relajación del tornillo, fenómeno que se manifiesta como el aflojamiento espontáneo de las tornillería.
A la hora de usar una tabla de torques se debe tener en cuenta toda esta información y ser cauteloso en su utilización de acuerdo a la aplicación en particular del tornillo.
Para el uso correcto de las tablas de torque tenemos que manejar la siguiente información:
1. Temperatura de servicio del tornillo: Las tablas normalmente están referidas a 20ºC, exis-ten tablas para temperaturas de 100º C y para temperaturas mayores.
2. Coeficiente de roce: Depende del tipo de tratamiento superficial del tornillo (galvanizado, acabado superficial) si está lubricado o no. (Ver tabla al final del artículo).
3. Tipo de tornillo y rosca: Las tablas vienen según el tipo de tornillo (hexagonal o allen) y del paso de la rosca, (tablas para la rosca gruesa y tablas para la rosca fina).
4. Material del tornillo: La información la da el mismo tornillo, bien sea por marcas o por números o números y letras, normalmente grabados en la cabeza del tonillo.
5. Diámetro de la rosca del tornillo: Las tablas dan los valores de torque en función del diá-metro de la rosca.
6. Incertidumbre del torquímetro: La incertidumbre de la herramienta la da el fabricante.
Con esta información “a mano”, procedemos a buscar el torque máximo del tornillo en función de su diámetro de rosca y de los parámetros anteriores en la tabla de torques adecuada.
7. Determinar el valor promedio de torque en función de la incertidumbre del torquímetro.
ESTE ES EL VALOR DE AJUSTE DE LA HERRAMIENTA.
8. Si se conocen los valores de precarga del tornillo o los valores de carga sobre el mismo, podemos verificar si la carga de ajuste (pre-carga) resultante del torque determinado, es suficiente para impedir la separación de las piezas unidas. En caso contrario debe utilizarse otro tornillo con calidad de material superior o emplear tornillos de mayor diámetro.
EJEMPLO:
Se desea ajustar un tornillo hexagonal M12 con rosca normal, calidad 10.9, sin lubricar (µ=0,14) no galvanizado y temperatura de servicio cerca de los 20º C. El torquímetro a utilizar es con indicador de aguja con ±17% de incertidumbre.
Sabemos:
1. Temperatura ambiente.
2. Coeficiente de roce global: 0,14.
3. Rosca normal y cabeza hexagonal.
4. Material: 10.9.
5. Diámetro de rosca: M12.
6. Incertidumbre del torquímetro: ±17%.
De acuerdo a la tabla de torques según la VDI 2230, el par de apriete para este tornillo es de 137 N.m y la precarga originada por el ajuste es de 61,5 kN. Ver tabla.
Con esta información calculamos el valor de ajuste para el torquímetro.
7. Valor medio:
Debido a que el torquímetro puede estar ajustando los tornillos con ese +17%, se considera que el valor dado por la tabla se corresponde con el 117% de la herramienta, de allí deducimos que el torque medio es:
137÷1,17= 117,09 N.m
Valor de ajuste de la herramienta de torque: 117 N.m.
8. Pre-carga: La precarga mínima del tornillo debido al ajuste con el torquímetro queda defi-nido por el valor mínimo de torqueado que corresponde al -17% del instrumento de apriete.
117,09 x [(100-17)/100]= 117,09 x 0,83 = 97,18 N.m
La precarga mínima queda determinada aplicando una regla de tres simple entre los valo-res de torque y precarga de la tabla y el par mínimo de apriete previamente calculado:
61,5 kN --------------- 137 N.m
X kN ----------------97,18 N.m
X = 43,63 kN
Precarga mínima en el tornillo: 43,63 kN
Si estuviéramos “diseñando” un sistema apernado y conociendo el valor de precarga requerido por tornillo para que la junta no deslice o se separe, podemos hacer la comparación y verificar si el tornillo seleccionado es el adecuado, de no ser así, se pueden repetir los cálculos para otra calidad de material o tomar la decisión de utilizar un tornillo de mayor diámetro. Finalmente, será la experiencia la que dictará el valor final de apriete de los tornillos
Debo aclarar, que las tablas de torques para los tornillos milimétricos no son extrapolables a los tornillos imperiales ya que los “grados” de los tornillos difieren a la “calidad” del tornillo métrico, al igual que las tolerancias y pasos de fabricación.
Con este ejemplo queda claro de que manera es segura utilizar una tabla de torques con la garantía de que no tenderemos un tornillo sobre-torqueado.
