Hay muchas formas diferentes en que los fabricantes pueden unir los componentes: soldando, engarzando, remachando, pegando, etc.

Sin embargo, como suele ser el caso, cuanto más simple es mejor, y el método más común es el uso de tornillos y pernos para sujetar diferentes partes juntas; solo la industria automotriz usa más de 30 mil millones de sujetadores por año solo en los Estados Unidos.

¿Por qué es eso?

Además de su simplicidad de diseño (¡hay una razón por la cual el concepto existe desde la antigua Grecia!), los sujetadores tienen otras cuatro ventajas importantes:

• Alto nivel de fuerza de sujeción: a menudo se subestima su eficacia en la unión de piezas; la mayoría se sorprende al saber que un sujetador con un diámetro de solo 1/4 de pulgada puede proporcionar una cantidad significativa de fuerza de sujeción, hasta 4,000 libras
• Facilidad de montaje y desmontaje: los sujetadores siguen las normas métricas (M) y de la UN y se pueden instalar y quitar fácilmente, lo que facilita el mantenimiento y la reparación
• Se pueden usar en materiales y juntas disímiles, algo que es difícil de hacer con adhesivos o soldadura
• Son muy rentables.

En general, los sujetadores brindan un método económico, confiable y eficiente para unir componentes críticos.

La importancia de las prácticas de fabricación de alta calidad

Sin embargo, la confiabilidad de un sujetador depende de la instalación adecuada. Considere, por ejemplo, el retiro de alto perfil de 10,000 scooters eléctricos de Xiaomi en 2019, luego de varios casos reportados de manijas que se rompieron mientras estaban en uso (afortunadamente sin accidentes fatales).
El problema resultó ser debido a un defecto relacionado con la sujeción que provocó que un tornillo en el aparato de plegado se aflojara, lo que finalmente provocó que el componente vertical del scooter se rompiera.
Si bien los detalles sobre la causa exacta del aflojamiento del tornillo en este caso no se hicieron públicos, existen mejores prácticas que los fabricantes pueden seguir para garantizar el ajuste adecuado de cada perno y tornillo instalados en su línea de producción.
Pero antes de delinearlos, echemos un vistazo a la ciencia básica detrás de los sujetadores y sus propiedades.

Precarga y torque

La fuerza de sujeción que se genera en el sujetador cuando se aprieta se conoce como pretensado o precarga.
Cuando se aprieta un tornillo, la fuerza aplicada a la cabeza del tornillo se transfiere a las roscas, que luego generan una fuerza igual y opuesta en las paredes del orificio roscado o componente de acoplamiento. Esta fuerza da como resultado una tensión, o tensión previa, en el tornillo que mantiene unida la junta, resistiendo las fuerzas externas y manteniendo su posición.
Es absolutamente crucial asegurarse de que la fuerza de sujeción sea suficiente para la aplicación prevista, ya que una fuerza de sujeción insuficiente puede provocar la falla o el aflojamiento de la unión, mientras que una fuerza de sujeción excesiva puede dañar la unión o el sujetador.

Debido a que no existe una forma práctica de medir la fuerza de sujeción en entornos de producción, en su lugar se suele utilizar el par de apriete, ya que existe una relación directa entre la fuerza de sujeción y el par de apriete. A medida que se aplica más torsión al sujetador, mayor es la fuerza de sujeción en la junta. La variación en la fricción entre juntas, así como otros factores ambientales, significa que habrá variaciones en la fuerza de sujeción producida con el mismo par objetivo entre juntas, pero estas variaciones suelen ser lo suficientemente pequeñas como para que el método de par de apriete siga siendo el preferido.

Al especificar un valor de torsión particular para un sujetador y una aplicación determinados, los especialistas en sujetadores pueden ayudar a garantizar que el tornillo se apriete a un nivel constante de tensión, lo cual, como vimos, es clave para mantener la fuerza de sujeción y la estabilidad de la unión sin causar cualquier daño.

Pero, ¿cómo podemos saber que la junta se ha apretado correctamente al torque especificado?

Midiendo el torque

El torque se puede medir en un sujetador utilizando técnicas de medición estáticas o dinámicas.
La medición estática del torque significa que el torque residual se comprueba después de que se haya completado el proceso de apriete.
Esto se puede lograr con una llave de clic que, después de haber sido ajustada a un torque específico, se liberará con un clic una vez que se alcance ese valor de torque o, para mediciones más precisas, con una llave de torque electrónica. Para obtener más información sobre la medición del torque residual, puede leer nuestro artículo sobre el tema.
La medición dinámica de torque, por otro lado, implica la medición continua del torque mientras el sujetador está en movimiento, y es la opción más común en entornos de producción de alto volumen como plantas de montaje, donde se necesitan herramientas eléctricas para aumentar la productividad y reducir el riesgo. de fatiga y error del operador.

Los atornilladores eléctricos con control de torque y ángulo como las líneas PLUTO y K-DUCER de Kolver se pueden programar para manejar simultáneamente diferentes tipos de uniones y secuencias de apriete y para medir el torque y el ángulo de rotación del tornillo en tiempo real, deteniéndose automáticamente en el torque deseado. Además, se pueden programar para evitar que el operador continúe con el proceso de ensamble a menos que se hayan cumplido todos los requisitos de apriete para cada tornillo, lo que evita costosos defectos y retiros del mercado y genera una mayor eficiencia y productividad.

El panorama

En general, los sujetadores se usan ampliamente en el mundo del ensamble porque son flexibles, fáciles de instalar y desinstalar, modulares, ajustables y rentables. Si bien medir la fuerza de sujeción real no es práctico en un entorno de producción, el uso de herramientas de control de torque aún puede permitir un proceso de apriete consistente y repetible y garantizar la integridad y seguridad del producto final.

Para las aplicaciones más exigentes y críticas para la seguridad, se pueden emplear estrategias de apriete más avanzadas, que cubriremos en los próximos artículos de esta serie.