En este artículo, analizaremos los métodos de control de apriete de pernos a partir de la situación real del par y la fuerza de sujeción en uniones atornilladas.

1. Método de control de par

El método de control de par es el más inicial y sencillo. Se basa en la conexión roscada cuando se aprieta la fuerza de sujeción axial F, es proporcional al par de apriete T, que se puede expresar mediante una fórmula T=K·F, y este K es el coeficiente de par. Cuando se diseña un tornillo, se conoce su fuerza de sujeción axial F y el par de apriete T se establece a través del proceso. Nuestro par de apriete también está regulado por el departamento de procesos. Sin embargo, en el taller de ensamblaje, a menudo sucede que se alcanza el par de apriete pero los pernos ensamblados aún no están calificados.

¿Por qué es esto?

La clave está en el coeficiente de par. El principal factor de fluctuación del coeficiente de torsión K es el coeficiente de fricción integral u, es decir, la precisión de los pernos y orificios para tornillos, las impurezas y si se golpean afectarán el coeficiente de fricción integral u. Además, este valor de K también está relacionado con la temperatura. El experimento de Sumitomo Corporation en Japón demuestra que el coeficiente de torsión K disminuirá en 0.31% por cada 1°C de aumento en la temperatura ambiente. ¿Es preciso el método de control de par? Para profundizar la influencia para todos, de acuerdo con el informe del experimento de apriete de la Asociación Alemana de Ingenieros, cuando el error del par de apriete T es ±0 (es decir, no hay error de par aplicado), el error de la fuerza de sujeción axial del el perno puede alcanzar ±27.2%.

Pasos de aplicación:

• Aplicación de par controlada directa o indirectamente
• El par objetivo real suele ser de 50% a 85% de par de rendimiento
• Utilizado en la fijación de zonas elásticas
• 90% de par de carga se utiliza para superar la fricción
• Precisión de precarga ±25%

Las ventajas del método de control de torque son: bajo costo y se puede usar una llave dinamométrica de herramienta de apriete simple para verificar la calidad del apriete.

Sus desventajas son una precisión de apriete insuficiente, la imposibilidad de aprovechar al máximo el potencial del material y un gran impacto ambiental (temperatura, roscas de pernos, impurezas, golpes, etc.).

2. El método de control de ángulo de torsión (TA) también se denomina método de control hiperelástico.

El método de control del ángulo de torsión y rotación consiste en apretar el perno a un par pequeño, generalmente 40%-60% del par de apriete (desarrollado después de la verificación del proceso), y luego comenzar desde este punto para apretar un método de control de ángulo de rotación específico.

Este método se basa en un cierto ángulo de rotación, el perno produce un cierto alargamiento axial y la pieza de conexión se comprime. El propósito de hacer esto es atornillar los pernos a la superficie de contacto apretada y superar algunas irregularidades e irregularidades de la superficie, y la fuerza de sujeción axial requerida más tarde es generada por el ángulo de rotación. Después de calcular el ángulo de rotación, la influencia de la resistencia por fricción en la fuerza de sujeción axial ya no existe. Por lo tanto, su precisión es mayor que la del método de control de par simple. El punto clave del método de control de par es medir el punto de partida del ángulo de rotación. Una vez determinado el ángulo de rotación, podemos obtener una precisión de apriete muy alta.

Debido al método de apriete más avanzado, se ha producido una herramienta que se adapta a la productividad, que es la herramienta eléctrica de apriete. Se compone de un sensor de engranaje de codo de engranaje accionado por motor, etc. Es relativamente fácil establecer el par de alerta temprana y el ángulo de arranque.

Pasos de aplicación:

• Aplicar un par fijo (par de arranque (apertura de la puerta))
• Gire el sujetador para llegar a la esquina predeterminada
• En la etapa inicial de apriete por fluencia, este momento también se utiliza en la región elástica.
• Es necesario determinar los parámetros de par inicial (apertura de la puerta) y ángulo de rotación mediante experimentación
• Precisión de precarga ±15%

Método de control de ángulo de torsión (TA) Ventajas: Se puede obtener una alta precisión de apriete y una gran fuerza de sujeción axial.

Desventajas: el sistema de control es relativamente complicado y es necesario medir dos datos de par de apriete previo y ángulo de rotación. Es difícil para el departamento de calidad encontrar un método adecuado para verificar y hacer un seguimiento de los resultados del apriete.

3. Método de control del punto de rendimiento (TG)

Puede verse en el diagrama de fuerza de sujeción anterior que el error de precarga axial del perno ΔF2 en la zona elástica es mucho menor que el error de precarga axial del perno ΔF1 en la zona elástica para el mismo error de ángulo de rotación.

El método de control del punto de fluencia es un método para detener el apriete después de que el perno se aprieta hasta el punto de fluencia. Es un método de apriete de alta precisión desarrollado utilizando el fenómeno de la fluencia del material. Este método de control determina el límite elástico calculando y juzgando continuamente la pendiente de la curva de par de apriete/ángulo de rotación.

Durante el proceso de apriete del perno, la curva de cambio de par/ángulo de rotación se muestra en el gráfico de comparación de par y pendiente de par. Al comienzo del endurecimiento real, la pendiente aumenta rápidamente y luego permanece constante después de una breve desaceleración (intervalo a_b). Después de pasar por el punto b, su pendiente desciende rápidamente después de un breve descenso lento. Cuando la pendiente desciende hasta un determinado valor (definido generalmente como cuando la pendiente desciende hasta la mitad del valor máximo), significa que se ha alcanzado el límite elástico (es decir, el punto Q en el diagrama de comparación de par), y se envía inmediatamente una señal para dejar de apretar.

La precisión de apriete del método de control del punto de fluencia es muy alta, y el error de la fuerza de preapriete se puede controlar dentro de ±4%, pero su precisión depende principalmente de la resistencia a la fluencia del propio perno.

Pasos de aplicación:

•El par y el ángulo de rotación se controlan durante el apriete
• Cuando la pendiente máxima de un punto cae para determinar la pendiente máxima y el punto de fluencia
• Utilizar el máximo potencial de fuerza de compresión
• Sin reducción de la fricción
• Permite la observación del ángulo de torque por apriete
• Los pernos ya no se pueden usar
• Precisión de precarga ±8%

4. Punto de asiento: método de control de esquinas (SPA)

El método de control del ángulo de rotación del punto de asiento es un nuevo método de control desarrollado en base al método TA del ángulo de rotación del par. El método TA utiliza un cierto pre-torque Ts como punto inicial del ángulo de rotación, mientras que el método SPA calcula el punto inicial del ángulo de rotación, utilizando el punto de intersección S de la pendiente del segmento lineal de la curva de par y la coordenada de el ángulo de rotación A.

En la figura, F1 es el error máximo de la fuerza de preapriete axial del perno del método TA, y F2 es el error máximo de la fuerza de preapriete axial del perno del método SPA.

En la figura se puede ver que cuando se utiliza el método TA, debido al error del pre-torque TS (ΔTs=Ts2-Ts1, correspondiente al error de la fuerza de preapriete axial del tornillo ΔFs). Es decir, después de girar el mismo ángulo A1, en comparación con las dos condiciones de apriete con diferentes coeficientes elásticos, el error de la fuerza axial de preapriete del perno es F1.

Incluso si los coeficientes elásticos son iguales, existen ciertos errores debido a la existencia de ΔTs (ver ΔF1 y ΔF2 en la figura).

Si se utiliza el método SPA, dado que el punto de asiento S ha girado a través de la esquina A2, en comparación con las dos condiciones de apriete con diferentes coeficientes elásticos, el error de la fuerza axial de preapriete del perno es F2. F2 es más pequeño que F1, es decir, la precisión de apriete del método de control del ángulo de rotación del punto de asiento es mayor que la del método de control del ángulo de rotación del par.

Usando el método SPA, la influencia del coeficiente de fricción en la fuerza de preapriete axial del perno puede eliminarse casi por completo. La siguiente figura muestra las curvas de relación par-ángulo de rotación correspondientes a diferentes coeficientes de fricción durante el apriete. El coeficiente de fricción en la figura es µ1>µ2>µ3.

Aunque las pendientes de las curvas de relación par-ángulo de rotación correspondientes a diferentes coeficientes de fricción son diferentes, sus puntos de asiento (el punto de intersección de la pendiente de la sección lineal de la curva y el eje horizontal) no son muy diferentes.

Por lo tanto, girando otro ángulo Ac desde este punto, se puede eliminar la influencia de diferentes coeficientes de fricción sobre la fuerza axial de preapriete del perno.

En comparación con el método TA, la principal ventaja del método SPA es que puede superar el error de par que se ha producido en Ts, por lo que se puede mejorar aún más la precisión de apriete.

5. Método de elongación de pernos (QA)

El método QA es un método de control que determina si se alcanza el límite elástico midiendo el alargamiento del perno. Aunque el límite elástico de cada perno es inconsistente, también causará errores en el apriete, pero los errores son generalmente muy pequeños.

El método de medición del alargamiento de los pernos en el método QA generalmente se mide mediante ondas ultrasónicas. La frecuencia de eco de las ondas ultrasónicas aumenta con el alargamiento de los pernos. Por lo tanto, una cierta frecuencia de eco representa una cierta cantidad de elongación.

El diagrama es el principio del método QA.

A medida que se aprietan y aflojan los pernos, las curvas de los cambios en la frecuencia del eco medidos por el instrumento ultrasónico a medida que se aprietan (alargan) y aflojan (alargamiento reducido) los pernos no coinciden. La frecuencia ascendente de la precarga axial del mismo perno es menor que la frecuencia descendente. De esta manera, se debe tener cuidado cuando se usa para medir el límite elástico de los pernos.

6. Método de pendiente de par

El método de pendiente de par es un método para controlar la fuerza de preapriete inicial utilizando el cambio del valor de pendiente de par en la curva de ángulo de rotación de par como índice.

Este método de apriete suele considerar la fuerza axial de apriete elástico del perno como el valor objetivo para controlar la fuerza inicial de apriete previo.

Este método de apriete se utiliza generalmente cuando la dispersión de la fuerza inicial de apriete previo del perno es pequeña y la fuerza del perno se puede utilizar al máximo. Sin embargo, dado que el control de la fuerza de preapriete inicial mediante este método de apriete es básicamente el mismo que el del método del ángulo de rotación en la zona plástica, es necesario controlar estrictamente el límite elástico del perno.

En comparación con el método de esquina en la zona plástica, este método de apriete tiene menos problemas en términos de plasticidad del perno, es decir, uso repetido, y tiene ciertas ventajas. sin embargo, el herramientas de apriete son más complicados y caros.

Al final

Existen muchos métodos para controlar el par de torsión de los pernos, cada uno con sus ventajas y desventajas. O la herramienta es cara, o el error es grande, o el cálculo es complicado. Por lo tanto, TorcStark aún recomienda el uso de herramientas de apriete de pernos profesionales para controlar el par de torsión de los pernos durante el apriete y el desmontaje. Como llaves dinamométricas eléctricas/neumáticas, llaves/tensores hidráulicos, etc. El uso de herramientas de pernos puede eliminar por completo la necesidad de preocuparse por errores y cálculos, y también es completamente asequible en términos de precio.