En el mantenimiento industrial y el montaje mecánico, aplicar el torque correcto a un tornillo no es un detalle menor: es una cuestión crítica de seguridad, rendimiento y durabilidad. Cuando un tornillo se aprieta, se genera una tensión axial (pre-carga) que mantiene unidas las piezas.
El par de apriete óptimo hace referencia a la fuerza exacta que debemos aplicar cuando apretamos el tornillo con su tuerca o un agujero roscado, por ejemplo. Es una medida exacta que debemos respetar para no superar el límite elástico de la pieza y que esta no se deteriore por un exceso de presión.
Si esta fuerza no es precisa, el tornillo puede sufrir deformaciones o roturas que comprometan la seguridad de la estructura o maquinaria donde se utiliza.
Qué es el torque de un tornillo
Es la fuerza de rotación que debe aplicarse al tornillo para lograr la tensión deseada. Se mide en Newton-metros (Nm). Si el torque es insuficiente, el tornillo puede aflojarse.
El torque es una medida de la conversión de fuerza lineal en fuerza de rotación a una distancia del eje de rotación.
Para ingenieros, El torque es importante para conexiones que empernan o sujetan dos materiales o miembros juntos.
Relación entre torque, precarga y fricción
La precarga del perno es la fuerza de tracción que se genera dentro de un sujetador durante el apriete, creando la carga de sujeción que mantiene unidos los componentes.
El par de apriete de un tornillo está estrechamente relacionado con el coeficiente de fricción. Así que entender esta relación y saber cómo controlarla es fundamental para evitar roturas, garantizar la durabilidad de las fijaciones y optimizar los procesos de mantenimiento.
El coeficiente de fricción de tornillos es un factor determinante en el proceso del apriete, y representa la resistencia al movimiento entre el tornillo y su alojamiento, ya sea una tuerca o un orificio roscado.
Este coeficiente depende de varios factores, como el material del tornillo, el tratamiento superficial aplicado y el uso de lubricantes o sellantes.
Fórmula básica para calcular el torque
La fórmula utilizada para estimar el torque de un tornillo es:
T = K × D × F
Donde:
- Es la fuerza de rotación que debe aplicarse al tornillo para lograr la tensión deseada. Se mide en Newton-metros (Nm). Si el torque es insuficiente, el tornillo puede aflojarse.
- Es el diámetro exterior nominal del tornillo, por ejemplo, M8 = 8 mm = 0.008 m.
- Es la precarga que se desea generar en el tornillo, es decir, la fuerza axial interna que mantiene unidas las piezas.
- Es un valor empírico que representa la suma de todas las pérdidas por fricción entre la rosca y bajo la cabeza del tornillo.
Esta fórmula proporciona una estimación razonable para muchas aplicaciones industriales y de mantenimiento.
La calculadora de precarga de pernos SkyCiv tiene algunas limitaciones que es importante tener en cuenta al utilizar. La primera limitación es que los cálculos completados se realizan en unidades métricas., sin embargo; La conversión automática de unidades está disponible.. Las consideraciones sobre roscado de pernos no están incluidas en esta calculadora.. Finalmente, la fórmula utilizada en esta calculadora es una aproximación, ya que no tiene en cuenta el paso de rosca del tornillo (el ángulo y la densidad de los hilos).
Significado de las variables
Diámetro nominal del tornillo
El diámetro exterior nominal del tornillo se expresa mediante la designación métrica. (Mx significa un perno de tamaño métrico con un diámetro de rosca de x mm).
Generalmente se requiere un mayor par de apriete para pernos más grandes. Esto significa que el par de apriete requerido para un perno M6 será diferente al de un perno M10.
Precarga
La precarga es la fuerza axial interna que mantiene unidas las piezas y crea la carga de sujeción del conjunto.
La cantidad correcta de carga de sujeción es fundamental para una fijación segura y firme.
Constante K
La constante K es el factor que considera las características de fricción del perno y los componentes conectados.
⚠️ Importante: El valor de K depende de múltiples factores como el tipo de material, el lubricante usado, la rugosidad de las superficies y el tipo de rosca.
Uno de los mayores errores en el cálculo de torque es asumir un valor fijo para K.
Factores que afectan el torque de los pernos
Para lograr un torque de perno preciso es necesario comprender varias variables que influyen en cómo se aplica y transfiere la fuerza durante el ajuste, para garantizar la seguridad, la confiabilidad y la integridad de la unión a largo plazo.
Comprender estas variables es esencial, ya que las especificaciones de torque de los pernos pueden verse afectadas por una variedad de circunstancias.
- Tamaño: Generalmente se requiere un mayor par de apriete para pernos más grandes.
- Material del perno: El material del perno influye en el par requerido. Los materiales más resistentes pueden soportar valores de par más altos.
- Estado del hilo: Si las roscas de los pernos de torsión están oxidadas o sucias, aumenta la fricción, lo que puede provocar una aplicación de torque imprecisa. Asegúrese siempre de que la rosca y el perno estén limpios para mejorar la precisión del torque.
- Lubricación: Los pernos lubricados tienen menor fricción que los pernos secos, por lo que se requieren valores de torque más bajos.
- Paso de rosca: Las roscas gruesas tienen un paso diferente al de las roscas finas, lo que afecta el torque requerido.
- Calidad del acero: Calcular el par de apriete de un tornillo viene determinado por los siguientes factores: la métrica del tornillo, el paso, la calidad del acero (4.6 / 5.8 / 6.8, etc.) y el coeficiente de fricción.
Coeficiente de fricción y tratamientos superficiales
El material del tornillo influye directamente en el comportamiento de la unión: los materiales como el acero inoxidable o los aceros de alta resistencia tienen coeficientes de fricción diferentes.
Los tornillos con recubrimientos como zincado, fosfatado o galvanizado pueden modificar la fricción.
La aplicación de productos específicos reduce la resistencia al movimiento y mejora el control del par de apriete.
Una de las formas más efectivas de controlar el coeficiente de fricción es mediante la aplicación de tratamientos de superficie específicos. Estos recubrimientos no solo reducen la fricción, sino que también mejoran la resistencia a la corrosión y aumentan la durabilidad de las fijaciones.
- Recubrimientos lubricados: aplicar lubricantes al tornillo ayuda a reducir la fricción y a controlar el par de apriete.
- Sellantes especializados: estos productos crean una barrera uniforme que minimiza las variaciones en el coeficiente de fricción.
- Recubrimientos de baja fricción: diseñados para aplicaciones específicas para tornillos, garantizan un ajuste preciso y estable.
Tabla de torque aproximado para tornillos comunes
Existe una variedad de tamaños de pernos que se utilizan habitualmente en diversas industrias, como la automotriz, la aeroespacial, la construcción, la manufactura, la energía y las industrias de procesos.
Estos incluyen M6, M8, M10 y M16. Analicemos con más detalle los valores de par de apriete correctos para cada perno común, suponiendo que sean del grado estándar típico para cada tamaño.
| Tamaño del tornillo | Aplicación habitual | Torque aproximado |
|---|---|---|
| M6 | Aplicaciones más pequeñas y menos críticas | 9.6 Nm |
| M8 | Industrias automotriz y de la construcción | 24 Nm |
| M10 | Aplicaciones de servicio medio | 46 Nm |
| M16 | Aplicaciones industriales de alta resistencia | 210 Nm |
Los valores de la tabla son aproximados y no sustituyen las especificaciones del fabricante, porque el material, la clase de resistencia, el paso de rosca, el estado de la unión y la lubricación pueden modificar el torque requerido.
Torque de apriete para tornillos M6
Los pernos M6 se utilizan con frecuencia para aplicaciones más pequeñas y menos críticas, pero aun así deben aplicarse los valores de par correctos.
Para un perno M6, el par de apriete típico requerido es de aproximadamente 9.6 Nm.
Recuerde que factores como la lubricación y el material del perno pueden afectar el par de apriete. Por ejemplo, un perno M6 de acero puede tener un par de apriete diferente al de uno de acero inoxidable.
Torque de apriete para tornillos M8
Los pernos M8 se utilizan comúnmente en las industrias automotriz y de la construcción.
El par de apriete aproximado requerido para un perno M8 de grado estándar es de 24 Nm.
Asegúrese de seguir la tabla de pares de apriete correcta para su aplicación para garantizar la precisión.
Torque de apriete para tornillos M10
Los pernos M10 se utilizan a menudo en aplicaciones de servicio medio y, por lo tanto, requieren un mayor par de apriete.
El par de apriete aproximado para un perno M10 de acero estándar es de 46 Nm.
Por ejemplo, un tornillo M10 clase 8.8 tiene una carga de prueba de 640 N/mm².
Si utiliza pernos M10 de otros materiales, como acero inoxidable o aluminio, deberá consultar las instrucciones del fabricante para conocer los valores de par de apriete correctos, ya que pueden variar ligeramente.
Torque de apriete para tornillos M16
Como perno utilizado en aplicaciones industriales de alta resistencia, es fundamental seguir las mejores prácticas de medición de torque.
El valor de torque aproximado correcto para un perno M16 es de 210 Nm.
Este tipo de torque requiere el equipo adecuado para aplicarlo con precisión y seguridad.
El uso incorrecto de las herramientas de torque puede debilitar el perno o hacerlo más susceptible a daños.
Cómo utilizar una tabla de torque
- Identifique el diámetro nominal del tornillo, por ejemplo, M6, M8, M10 o M16.
- Compruebe el material y la clase de resistencia del tornillo.
- Verifique el paso de rosca, porque las roscas gruesas tienen un paso diferente al de las roscas finas.
- Determine si la unión se aprieta en seco o con lubricación.
- Consulte la tabla de pares de apriete correcta para su aplicación.
- Utilice una llave dinamométrica calibrada para garantizar mediciones precisas del torque.
- Respete las indicaciones de par de apriete del fabricante de tornillería.
Cuando se trata de la gestión y las mediciones de torque, asegurarse de utilizar los valores de torque correctos para los pernos es esencial para evitar problemas comunes, como el apriete excesivo o insuficiente.
Efecto de la lubricación sobre el torque
Lubricar los pernos reduce la fricción, por lo que requiere menos par.
Tenga esto en cuenta y reduzca el par entre un 10 % y un 20 % para los pernos lubricados.
Por ejemplo, ajuste el par de un perno M8 de 24 Nm (en seco) a unos 19-21 Nm con lubricación para evitar una tensión excesiva.
El valor de K depende de múltiples factores como el tipo de material, el lubricante usado, la rugosidad de las superficies y el tipo de rosca.
Por ello, no debe aplicarse automáticamente una reducción idéntica a todos los tornillos, lubricantes o condiciones de montaje.
Consecuencias de un torque incorrecto
Un par de apriete mal calculado puede tener consecuencias graves: si hay un exceso de par y este supera el límite elástico del material, el tornillo puede sufrir deformaciones permanentes o roturas; mientras que un tornillo mal ajustado puede aflojarse con el tiempo, comprometiendo la seguridad y funcionalidad del ensamblaje.
Si no se siguen las prácticas recomendadas para la medición del par de apriete, el perno puede quedar demasiado flojo o demasiado apretado, lo que compromete el rendimiento y la seguridad del conjunto mecánico.
Esto puede causar fallos estructurales, desgaste innecesario, costosas reparaciones y tiempo de inactividad si el conjunto falla.
En Tormetal nos encontramos, a menudo, tornillos rotos por un apriete donde no se ha tenido en cuenta el coeficiente de fricción.
Así pues, es importante tener siempre en cuenta este factor de fricción a la hora de trabajar las fijaciones industriales. No hacerlo, podría comportar roturas en tornillos industriales.
Errores comunes al aplicar torque
1. Adivinar el nivel de torque
No seguir las pautas o las mejores prácticas para la medición del torque puede provocar un apriete insuficiente o excesivo, lo que puede dañar el perno y aumentar el riesgo de falla.
Utilice una llave dinamométrica calibrada para garantizar mediciones precisas del torque y evitar que se afloje o se dañe.
2. Tratar todos los materiales por igual
Los diferentes pernos están hechos de diversos materiales y cada uno requiere un par de apriete distinto.
Usar un solo par de apriete para todos los materiales de los pernos puede dañar las roscas y comprometer el rendimiento de la fijación.
Para evitar fallos, consulte la tabla de pares de apriete o las instrucciones del fabricante para obtener las mejores prácticas.
3. Apretar demasiado
Se podría pensar que apretar un perno un poco más allá del par de apriete deseado lo hará más resistente, pero puede tener el efecto contrario.
Esto es especialmente cierto en el caso de pernos fabricados con materiales más blandos, ya que pueden agrietarse y debilitarse bajo una carga rotacional excesiva.
4. No tener en cuenta la lubricación
Los pernos lubricados tienen menor fricción que los pernos secos, por lo que se requieren valores de torque más bajos.
5. No volver a comprobar el torque
Las vibraciones y el desgaste pueden hacer que los pernos se aflojen con el tiempo, por lo que es fundamental que vuelva a comprobar el par a intervalos regulares.
Aplicar el par de apriete correcto durante el montaje es esencial, pero no siempre garantiza que una unión atornillada funcione correctamente.
6. Utilizar herramientas inadecuadas
Las llaves inglesas o de impacto pueden parecer eficaces, pero carecen de la precisión y exactitud necesarias para medir el par.
Asegúrese de utilizar siempre las herramientas de medición de par correctas y de calibrarlas periódicamente.
Herramientas y control de medición
Comprender y aplicar el nivel de torsión correcto al apretar pernos puede ayudar a los ingenieros a mejorar la precisión, la seguridad y la longevidad de los conjuntos mecánicos.
Utiliza herramientas calibradas que aseguren la aplicación precisa de la fuerza.
La medición del par aplicado desempeña un papel fundamental en los procesos modernos de fabricación, montaje y ensayo.
Los transductores de par, también conocidos como sensores de par, son herramientas que miden la fuerza de torsión o par.
Para garantizar que se apliquen los niveles correctos de torsión, en muchas industrias se utilizan probadores de torsión para medir qué tan apretados están los elementos de fijación.
Incluso las llaves dinamométricas digitales de la más alta calidad no mantienen su precisión absoluta para siempre. El uso diario, las caídas accidentales, el almacenamiento inadecuado y el desgaste general pueden afectar su precisión.
La precisión es vital cuando se utilizan llaves dinamométricas como parte de los procesos de montaje.
Cómo usar una llave dinamométrica
Verificación posterior al montaje
Las vibraciones y el desgaste pueden hacer que los pernos se aflojen con el tiempo, por lo que es fundamental que vuelva a comprobar el par a intervalos regulares.
La comprobación de torque es vital para garantizar la seguridad, el rendimiento y la durabilidad en industrias donde la precisión y la confiabilidad son cruciales.
Además del par de apriete, es recomendable considerar el ángulo de par como una medida complementaria a la hora de fijar sus tornillos.
Y realmente, la consideración de este valor es muy interesante, pues puede ayudarnos a conseguir resultados más precisos.
Recomendaciones prácticas
- Conocer y respetar las indicaciones de par de apriete del fabricante de tornillería.
- Utilizar herramientas calibradas que aseguren la aplicación precisa de la fuerza.
- Considerar tratamientos de superficie para reducir variaciones en el coeficiente de fricción.
- Asegúrese siempre de que la rosca y el perno estén limpios para mejorar la precisión del torque.
- Consultar las instrucciones del fabricante cuando se utilicen pernos M10 de acero inoxidable o aluminio.
- Volver a comprobar el torque a intervalos regulares.
- Utilizar recubrimientos de fijaciones para controlar el coeficiente de fricción.
Estos recubrimientos no solo reducen la fricción, sino que también mejoran la resistencia a la corrosión y aumentan la durabilidad de las fijaciones.