Eventualmente se nos presenta el caso de tener que “torquear” un tornillo en particular que no está dentro de las tablas de torques convencionales disponibles, bien sea por el diámetro del tornillo o por el material del mismo. En estos casos no nos queda más remedio que realizar nuestros propios cálculos para determinar el valor del par de ajuste o “torque teórico” requerido por nuestro nuevo caso.
Si bien es cierto que el método más popular para el ajuste de tornillos y tuercas es por medio del control del par de apriete o torque debido a su sencillez y economía, también es uno de los métodos más inciertos en cuanto a la garantía de la fuerza de unión en un ensamble apernado. El control del par de apriete se consigue normalmente ajustando un torquímetro a un valor especificado. Sin embargo, el torquímetro no mide la tensión o precarga en el tornillo sino el valor del par aplicado. Valor este que es prácticamente producto de la fricción entre los flancos de las roscas tornillo-tuerca y del roce entre la cabeza del tornillo y su arandela, de modo que solamente el 10% del torque total de ajuste aplicado corresponde a la generación de la fuerza de precarga.
Fórmulas fundamentales para el cálculo del torque
En la literatura técnica podemos encontrar una fórmula empírica muy simple que nos relaciona el par de ajuste con la fuerza de precarga generada por el tornillo en función del diámetro del mismo y de una constante de proporcionalidad adimensional. Esta sencilla ecuación válida en la zona elástica del material del tornillo es: MA = K x d x FM.
- MA es el par o torque aplicado al tornillo.
- d es el diámetro nominal del tornillo.
- FM es la precarga del tornillo.
- K es la constante de proporcionalidad o “factor de tuerca”.
La norma VDI 2230 expone un grupo de fórmulas más extensas y complejas en donde se relacionan la geometría del tornillo y del agujero, el material y los coeficientes de fricción, permitiéndonos calcular los valores de torque para cualquier tipo de tornillo basándose en la suma de pares parciales: MA = MG + MK, donde MG es el par generado por la rosca y MK es el momento producido por la fricción de la cabeza.
Consideraciones sobre el material y la precarga
El valor de la precarga FM se determina a partir del valor de tensión a la tracción admisible sobre el material del tornillo, que en la mayoría de los casos se basa en el 90% del punto de fluencia. La fórmula para determinar la fuerza de precarga para este caso es: FM = 0,9 x Rp x As. Es fundamental recalcar que el coeficiente de roce varía fuertemente al ser ajustado y aflojado en varias oportunidades un tornillo, por lo cual se recomienda no reutilizar la tornillería.
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Tabla de valores típicos para el factor K (Referencia)
Para realizar cálculos precisos, es necesario ajustar el coeficiente según las condiciones de lubricación y superficie:
| Estado de la superficie | Coeficiente de par (K) |
|---|---|
| Superficies maquinadas con lubricación | 0.13 - 0.15 |
| Superficies maquinadas sin lubricación | 0.18 - 0.21 |
| Pernos de alta resistencia (promedio) | 0.11 - 0.15 |
Recomendaciones para el apriete
Los valores de torque más cercanos al indicado por el instrumento se obtienen efectuando un apriete lento y continuo. Se suele recomendar cuando son varios tornillos realizar el torqueado en cruz o “X” y comenzando con un porcentaje del valor final requerido (ajustando primero a un 30%, luego al 60% y por último al 100%). Debemos recordar que estos resultados se consideran válidos solamente para tornillos nuevos que cumplan con los parámetros indicados por las normas, ya que el rendimiento de los pernos sobredimensionados es inestable y debe usarse con precaución en el diseño.
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