Al ensamblar piezas con tornillos roscados, es fundamental comprender el equilibrio entre el torque y la resistencia del material. En este artículo, exploraremos las mejores prácticas para ajustar tornillos en plásticos, centrándonos en cómo lograr una fuerza de apriete óptima sin dañar las roscas ni comprometer la integridad a largo plazo de la unión.



Cómo determinar el torque adecuado para sujetar en plásticos

Hemos cubierto los conceptos básicos de los sujetadores roscados, para recapitular:

- Puede pensar en los sujetadores como resortes de extensión que se estiran cuando aplica torque más allá del punto de asentamiento

- Cuanto más torque aplique, más se estirará el tornillo, lo que proporciona una mayor fuerza de sujeción a su pieza

- Finalmente, cuando la tensión (fuerza de sujeción) alcanza el punto de fluencia del sujetador, este se deformará permanentemente; si continúa aplicando torque, eventualmente hará que se rompa

En términos generales, cuando está ensamblando piezas rígidas (especialmente piezas de metal), desea obtener la mayor fuerza de sujeción posible del sujetador, sin alcanzar su punto de fluencia.

En este caso, a menudo es conveniente utilizar la "carga de prueba" del sujetador como la fuerza de sujeción objetivo. La carga de prueba la proporciona el fabricante del sujetador y generalmente corresponde al 75 % de su límite elástico, lo que le da al ingeniero un margen de seguridad en comparación con el objetivo del punto de fluencia.

Sin embargo, la suposición clave en este caso es que la pieza que se ensambla es más fuerte que el propio sujetador.

¿Qué sucede si se está sujetando plástico en lugar de metal?

El plástico es más débil que el metal, por lo que una pieza de plástico no resistirá la misma cantidad de fuerza de sujeción que una pieza de metal.

Ya sea que se utilice un tornillo de corte de rosca o un sujetador de formación de rosca más especializado, habrá un valor de torque más allá del cual las roscas de plástico se desgastan. El torque de desgaste está relacionado con la resistencia del plástico, y este (no la resistencia a la tracción del tornillo) será el factor limitante que determine la fuerza de sujeción máxima que se puede obtener de una junta de plástico.

Por lo tanto, al sujetar plástico, la fuerza de sujeción objetivo (y el torque de sujeción correspondiente) generalmente serán mucho menores que la carga de prueba del sujetador.

Por ejemplo, un gráfico de torque vs ángulo para el mismo tornillo apretado en plástico y en metal podría verse así:

Hay una complicación adicional: cuando se someten a ciertos niveles de tensión mecánica, los plásticos pueden parecer que mantienen bien su resistencia inicialmente, pero con el tiempo cederán y se deformarán.

Esto se llama relajación de tensiones, y en los plásticos esto puede comenzar a manifestarse con fuerzas de sujeción relativamente bajas, a menudo alcanzables con sujetadores formadores de roscas mucho antes de pelar las roscas.

Si las tensiones ejercidas por las roscas del tornillo no son suficientes para pelar el plástico, pero son lo suficientemente altas como para provocar una relajación de la tensión, con el tiempo la unión perderá la mayor parte de su fuerza de sujeción y la pieza puede fallar.

Nota al margen: los metales no son inmunes a la relajación de tensiones, pero son los materiales no metálicos de la junta (plásticos, sellos…) donde el efecto tiende a tener el mayor impacto.

Otra consideración a la hora de sujetar en plástico es la presencia de un torque prevalente.

El corte y la conformación de roscas requieren una cierta cantidad de torque, llamado "torque prevalente", que no contribuye a la fuerza de sujeción. Para tener en cuenta la variabilidad en el torque prevalente, el K-Ducer ofrece un modo de compensación de torque prevalente fácil de configurar: lea más sobre esto aquí.

Por último, al cortar y formar roscas, debemos tener en cuenta la velocidad de apriete. Un apriete demasiado rápido puede sobrecalentar el plástico en la interfaz de las roscas y alterar sus propiedades. Por otro lado, algunos plásticos y algunos sujetadores especiales pueden requerir una velocidad de apriete mínima para lograr un rendimiento óptimo en el formado de roscas. En ausencia de especificaciones del proveedor de sujetadores, una velocidad de 300 RPM es un buen punto de partida.

Entonces, ¿qué torque se debe alcanzar al sujetar sobre plástico?

Primero, debemos realizar un estudio de torque hasta falla; consulte nuestra publicación del blog para saber cómo hacer esto de manera fácil y precisa con nuestro sistema K-Ducer.

Una vez que haya realizado varias repeticiones de los datos del estudio de torque (lo ideal es que sean más de 10 para lograr una significancia estadística), puede trazar fácilmente todas las curvas en K-Graph y comenzar a tomar nota del promedio y la distribución de los siguientes dos valores de torque:

• Torque de asentamiento (torque prevalente o de fricción)
• Punto aproximado de falla/desprendimiento

Naturalmente, su torque objetivo deberá estar en algún punto entre estos dos.

A falta de otras especificaciones, al realizar la fijación en plástico, elija un torque objetivo que sea el menor de estos dos valores:

• 3 veces el torque de asentamiento
• el punto medio entre el torque de asentamiento y el torque de desprendimiento

Para lograr la mejor constancia, seleccione un torque objetivo de sujeción y utilice la compensación de torque prevalente de K-Ducer.

Consideraciones sobre el reapriete y el retrabajo: si está reapretando en una rosca de plástico ya formada, su torque objetivo debe ajustarse a un valor inferior para lograr la misma fuerza de sujeción, porque el torque prevalente/de formación de la rosca será menor. Esta es otra buena razón para utilizar la función de compensación de torque prevalente incorporada del K-Ducer, ya que compensará automáticamente un torque prevalente más bajo al volver a apretar la misma pieza o, si desea evitar que los operadores vuelvan a trabajar, puede establecer un valor de torque prevalente mínimo de modo que genere un resultado de error de tornillo NOK al volver a apretar.

Al volver a apretar un sujetador formador de roscas, también debe enganchar la rosca con la mano, girando el tornillo en sentido antihorario hasta que sienta que el tornillo "cae" en la rosca y luego engánchelo durante aproximadamente un cuarto de vuelta. Esto garantiza que el tornillo seguirá la rosca formada existente y no formará una nueva.

Ahora veamos un ejemplo con datos reales.

Se aprieta un tornillo formador de roscas n.° 4 en un orificio piloto de tamaño adecuado en nailon.

¿Qué torque debemos alcanzar?

Primero, realizamos un estudio de torque hasta falla. El resultado para un solo tornillo es:

Tenga en cuenta que los tornillos autorroscantes no generan residuos plásticos cuando se aprietan correctamente, pero en este caso, pelamos intencionalmente las roscas para que salieran tiras y trozos al retirar el sujetador.

Al observar el gráfico de torsión frente al ángulo, podemos ver que el punto de asentamiento está alrededor de 0.30 Nm y el punto de falla está alrededor de 2.30 Nm.

Aplicando las regla de dedo para los cálculos:

• Tres veces el punto de asentamiento: 3 x 0.30 = 0.90 Nm
• Punto medio entre el punto de asentamiento y el punto de falla: (2.30 – 0.30) / 2 = 1.00 Nm

Por lo tanto, debemos utilizar 0.90 Nm como nuestro valor objetivo.

¿Qué sucede si necesitamos volver a apretar las mismas roscas? ¿O si queremos tener en cuenta la variabilidad en el torque prevalente?

Ambas preguntas tienen la misma respuesta: ¡use la función de compensación del torque prevalente del K-Ducer!

En nuestro ejemplo, para configurar el torque prevalente, reducimos nuestro torque objetivo a 0.70 Nm y configuramos una ventana de torque prevalente de 1200 a 1800 grados. Establecemos límites mínimo y máximo en el valor del torque prevalente de 0.00 y 0.50 Nm respectivamente. Si quisiéramos generar un error al volver a apretar un tornillo quitado, aumentaríamos el valor de torque prevalente mínimo a un valor que esté por encima del que encontramos al volver a apretar.

Luego, realizamos algunas pruebas: en los gráficos a continuación, el trazo azul es el tornillo apretado en un orificio piloto nuevo sin usar con un objetivo de torque estático de 1 Nm.

Los otros trazos de colores representan reaprietes en el mismo orificio. El torque prevalente era menor, pero gracias a la función de compensación de torque prevalente, el K-Ducer ajustó automáticamente el torque final para brindarnos el mismo torque de sujeción constante y, por extensión, una cantidad constante de fuerza de sujeción.

Si hubiéramos apretado todos los tornillos a un objetivo estático de 1 Nm, la fuerza de sujeción de los tornillos reapretados habría sido mucho mayor, lo que podría llevar al plástico a la zona de relajación de la tensión y al punto de desprendimiento de la rosca.



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