Coeficientes Reibungszahlen de von Verbindungselementen. fricción en elementos de unión

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1 SCHATZ Inspectpro Coeficientes Reibungszahlen de von Verbindungselementen fricción en elementos de unión Datos extraídos de la industria para aplicar en la práctica Boletín SCHATZ 01/2014 Técnica perfeccionada para medir par de apriete y ángulo de giro, todo ello en un equipo portátil de diseño ergonómico. SCHATZ -Inspectpro Sistema portátil para determinar las propiedades de un montaje atornillado en líneas de producción, en laboratorios y en la entrada de mercancías. Los sensores de última generación, combinados con sistemas electrónicos de medición y control, nos informan sobre el par de apriete y el ángulo de giro durante el montaje de una unión atornillada. La fuerza de apriete es el parámetro más importante de cualquier unión atornillada. Se puede medir directamente en el montaje o se puede calcular con la precisión necesaria. En la producción de grandes series se da hoy prioridad a registrar únicamente el par de apriete como característica de calidad de una unión atornillada, sometiéndolo a análisis estadístico. No obstante, la relación entre el par y la fuerza de apriete depende por una parte de las medidas del tornillo y por la otra de la fricción que, si bien es necesaria, también es molesta.

2 Par y fuerza de apriete La fricción siempre existe y da lugar a que no se pueda deducir con qué fuerza de apriete se montó el tornillo cuando sólo se sabe cuál fue el par empleado. La fuerza de apriete se sabrá únicamente si se conoce el coeficiente de fricción de la correspondiente unión atornillada. Los sistemas electrónicos de atornillamiento son hoy capaces de mantener tolerancias de par de apriete de ±5% y atornillar con seguridad. Si, por ejemplo, un tornillo M10 clase 8.8 tuviese según DIN 931 un coeficiente constante de fricción de μ=0,10 y se montase con un par de apriete de 40 N m, esto es, con una tolerancia del par de apriete de 38 a 42 N m, se podrían alcanzar fuerzas de apriete con una tolerancia entre 26,0 y 28,8 kn. Este rango de fuerzas de apriete sería un resultado excelente para el montaje de tornillos, con el que se podría trabajar muy bien. Efectos de la fricción Sin embargo, la práctica es otra cosa. Los coeficientes de fricción de los tornillos en el montaje se mueven en un rango de 0,08 a 0,30. En algunos casos, llegan incluso a 0,40. De hecho, en muchos atornillamientos estos rangos constituyen la norma. La gama de superficies abarca desde revestimientos inorgánicos con lubricantes integrados hasta elementos galvanizados en seco. Retomando el ejemplo del tornillo M10 clase 8.8, según la norma DIN 931 con un par de apriete exacto de 40 N m y una supuesta tolerancia de los coeficientes de fricción de 0,10 a 0,20, el rango de fuerzas de apriete estaría entre 27,4 y 14,9 kn, esto es, 7 veces superior al del ejemplo anterior. Con el sensor manual de par de apriete y ángulo de giro se pueden analizar elementos de unión 2 Boletín SCHATZ

3 Distribución del par de apriete en el montaje En función de las condiciones de fricción, se llega a aplicar hasta un 50% del par de apriete para superar la fricción bajo la cabeza del tornillo, por lo que hay que tener especialmente en cuenta las condiciones que se presentan en este punto para montar el tornillo con un alto nivel de calidad. Los principales factores que afectan a las condiciones de fricción son: Rugosidad de la placa de apoyo Dureza del material atornillado Tratamiento de las superficies de los elementos de unión y de la pieza de montaje Lubricación del tornillo Velocidad de la atornilladora Temperatura de la unión atornillada Compresión de las superficies, sobre todo bajo la cabeza del tornillo Combinación de materiales Existen además otros muchos factores. No obstante, los parámetros más importantes que afectan a las características de fricción de una unión atornillada son los anteriormente mencionados. Esto quiere decir que la sola manipulación del tornillo o de la tuerca puede hacer fracasar una unión atornillada. Una gota de aceite en la mano del trabajador o que caiga de la herramienta puede modificar considerablemente las características de fricción del tornillo. Por ejemplo, un tornillo que en seco (no lubricado) se tiene que atornillar con un coeficiente de fricción de μ=0,14, presenta la siguiente distribución del par de apriete en el montaje: Fuerza de apriete 13% Momento de fricción en la rosca 40% Momento de fricción en la cabeza 47%. Una variación en la fricción bajo la cabeza del tornillo de tan sólo un 10%, esto es, de 0,14 a 0,126, modificaría la distribución de cargas de la siguiente manera: Fuerza de apriete 18% Momento de fricción en la rosca 40% Momento de fricción en la cabeza 42%. Ello implica una fuerza de apriete casi un 40% superior a la prevista originalmente. En caso de tratarse de una unión atornillada crítica, esto podría ocasionar una dilatación excesiva del tornillo o incluso su rotura. en combinación con el sensor de fuerza de apriete, pudiendo así determinar la fricción en la propia línea de montaje. 3 Boletín SCHATZ

4 Medida del coeficiente de fricción en laboratorio y en producción Cuando la fricción influye de tal manera en el resultado del montaje, el departamento de producción tiene que ser capaz de ensayar la suma de los efectos combinados de par y de fuerza de apriete. Los parámetros como resistencia, dimensiones, revestimiento de las superficies, etc. se pueden determinar y medir según normas y especificaciones de aceptación. Para determinar la relación entre par y fuerza de apriete en el montaje se usa la norma ISO Sin embargo, para cumplirla hay que contar con unas complejas instalaciones de laboratorio. Además, el ensayo consume mucho tiempo y exige personal formado y cualificado. Por estos motivos los análisis de atornillamiento que se realizan para determinar los efectos combinados de par de montaje y fuerza de apriete tienen lugar por lo general en un laboratorio o en un departamento de ensayos, lo que implica que el ensayo en laboratorio sigue siendo inevitable. No obstante, el departamento de producción tiene que ser capaz de realizar rápidamente ensayos en la línea de montaje con equipos portátiles fáciles de manejar y, por tanto, que no exigen dedicar tanto tiempo como los ensayos de laboratorio. El sensor giratorio de par de apriete y ángulo de giro sirve para medir con la herramienta de montaje original. 4 Boletín SCHATZ

5 Analizadores portátiles para realización de medidas en producción El analizador portátil INSPECTpro es ideal para estos ensayos, ya que permite la conexión de un sensor de fuerza de apriete que, con adaptadores, puede ensayar elementos de unión de M6 a M16, y de un sensor manual de par de apriete y ángulo de giro para registrar estos valores como si se tratase de una llave dinamométrica. en la propia línea de montaje, impidiendo incluso el atornillamiento de elementos con una deficiente lubricación o con un recubrimiento defectuoso. En su pantalla táctil se selecciona cómodamente el tipo de análisis que se va a realizar para, a continuación, ver numérica o gráficamente la fricción del elemento de unión o si la lubricación cumple las especificaciones. La unión atornillada se puede montar en la magnitud correspondiente viendo en todo momento el par de apriete, el ángulo de giro y la fuerza de apriete. El analizador portátil realiza análisis rápidos y sencillos El sistema modular SCHATZ -INSPECTpro se puede configurar para cualquier aplicación. 5 Boletín SCHATZ

6 Análisis de tornillos en un laboratorio SCHATZ y en líneas de montaje. Analizamos para usted elementos de unión, uniones atornilladas y procesos de montaje Análisis de tornillos en un laboratorio SCHATZ según la norma DIN ISO Los elementos de unión constituyen una importante característica de la calidad de una unión atornillada. Los requisitos de calidad de los elementos de unión han ido aumentando progresivamente. Más concretamente, el elevado nivel de automatización requiere el uso de tornillos y tuercas en perfecto estado. Mientras que antiguamente el mecánico se limitaba a revisar el tornillo con una inspección visual, en la actualidad se tienen que usar piezas de montaje que garanticen un proceso ininterrumpido y un mantenimiento constante del nivel de calidad. En nuestros laboratorios SCHATZ ensayamos atornillamientos con elementos de unión hasta N m. Analizamos meticulosamente el tornillo y comprobamos la relación entre par y fuerza de apriete siguiendo las especificaciones de la norma internacional DIN ISO 16047, que describe la forma de determinar las propiedades de montaje de tornillos y tuercas. Nuestro laboratorio registra las principales magnitudes como ángulo de giro, fuerza de apriete y par de apriete del tornillo, además de los pares de apriete de la placa de apoyo y de la rosca, para poder determinar las propiedades de apriete de los distintos elementos como el coeficiente de fricción total, el coeficiente de fricción en la placa de apoyo y en la tuerca, y la fuerza de apriete o el par de apriete en el límite de elasticidad hasta llegar a la carga y al par de rotura. Además ofrecemos la posibilidad de hacer tanto ensayos en nuestros laboratorios con tuercas y contratuercas según la norma DIN ISO 2320, como ensayos en líneas de montaje según la norma VDA Con estos resultados se consigue un montaje óptimo con uniones atornilladas que pueden mantener el cierre por fricción y garantizar la compresión. Le damos la seguridad de que los principales parámetros de los elementos de unión van a garantizar una unión atornillada de máxima calidad. 6 Boletín SCHATZ

7 SCHATZ AG P.O. Box Remscheid GERMANY Koelner Str Remscheid GERMANY Tel Fax Branches offering repair and calibration services: France, USA Representatives offering repair and calibration services: Great Britain, Korea, Mexico, Taiwan Representatives: Argentina, Austria, Benelux, Brazil, China, Czech Republic, Greece, India, Italy, Japan, Poland, Portugal, Slovakia, South Africa, Spain, Sweden, Switzerland, Turkey