Uniones atornilladas

Un tema bastante recurrente en los foros mecánicos en general es el de los pares de apriete. Es un caso en que la mecánica de usuario puede ir en contra de la intención de diseño del ingeniero que lo ha calculado. Por este motivo es importante, creo yo, tomarse el proceso de atornillado como algo crítico en un sistema mecánico.

En general, hablamos ya de motos, los profesionales y los aficionados con cierta experiencia acostumbran a usar un par de apriete predeterminado cuando tienen que atornillar algún conjunto de piezas. Quiero hacer alguna puntualización sobre estos pares de apriete.

Lo que un ingeniero busca en un tornillo es una fuerza axial, no un par de apriete. El par de apriete es una forma indirecta de verificar que se ha alcanzado una fuerza axial. No voy a entrar en los distintos tipos de esfuerzos, pero vale como aproximación que el ingeniero quiere que el esfuezo predominante sea el axial, por encima del cortante. La idea es que al estirar el tornillo, éste está provocando una compresión entre las piezas que se están uniendo. El rozamiento entre estas piezas es la fuerza que evita el movimiento en el sentido de la cortadura. Algunos manuales muy conservadores hablan de dimensionar el tornillo a cortante, lo cual lo hace mucho más gordo, por si se afloja. Si el montaje a unir trabaja puramente a cortadura, no me parece mala idea, pero en una moto de trial, optimizando el peso al máximo, y más si no es un sistema puramente a cortadura, yo prefiero dimensionar a axial puro.

Los manuales de las motos suelen incluir los pares de apriete de algunas partes importantes. Este par es el que alcanza el tornillo cuando el estiramiento que tiene alcanza el deseado para producir la fuerza necesaria que ha calculado el ingeniero para mantener la unión. Pero este par no tiene una relación biunívoca con la fuerza que se busca. Este par depende del rozamiento que tenga el tornillo con la tuerca o con la pieza roscada, o con las paredes de la cabeza. En cuanto a rozamiento, no es lo mismo roscar acero contra aluminio, que titanio contra aluminio, que acero contra acero. El fabricante en sus manuales da unos pares para unos materiales concretos, los originales, y en unas condiciones concretas (no escritas). Estos manuales, si fueran tan precisos como en industrias más avanzadas, deberían especificar si es un atornillado en seco, o con aceite, o con qué calidad de tornillos. El tema del aceite para mi es muy importante, sobretodo cuando se atornilla contra un agujero roscado. La calidad de las roscas sobre piezas no es la misma que la de las tuercas de fabricación. Una rosca sobre aluminio, por ejemplo, no se comporta igual en el primer atornillado que en el segundo, el par necesario en el primer atornillado es superior al segundo, cuanto más se agranda la rosca, más fácil es atornillar el siguiente tornillo, y por lo tanto, cuando llegas al par que te dice el manual, la fuerza que estás haciendo es superior a la que deseaba el ingeniero. Volviendo al tema del aceite, yo personalmente prefiero colocar los tornillos mojados de aceite, lo aprendí de mi tío mecánico en mis primeros días de trial, y tiene un sentido ingenieril: no estás forzando el tornillo con un par de torsión, utilizas al máximo el tornillo en su capacidad axial. Quizás por esta razón alguna industria aeronautica obliga en sus procedimientos a lubricar los tornillos antes del atornillado. En el mundo del trial, además, se trabaja mucho con el aluminio, que es un enemigo del atornillado. Las roscas se agrandan, o se agarrotan. Una rosca agarrotada te hace llegar al par de apriete antes de llegar a la fuerza de cálculo, con lo cual la unión podría fallar por falta de compresión. Siempre me he preguntado por qué no se usan insertos “sufrideros”, de quita y pon cuando se trabaja en piezas de la moto que resultarían caras de cambiar. Por ejemplo, en las bridas del manillar, atornilladas a la brida de la suspensión. La solución ingenieril más acertada, desde mi punto de vista, sería un inserto de material duro, o un inserto del tipo Helicoil de quita y pon. Con esto tendríamos siempre una rosca buena y no habría posibilidades de dañar la pieza de la moto.

Algo importante en este tema es distinguir muy claramente el atornillado pasante contra una tuerca, del atornillado contra una pieza roscada. Cuando se dimensionan los tornillos, se piensa sobretodo en el fallo del tornillo. Pero cuando se trabaja con tornillos de acero o titanio con elementos blandos como el magnesio o el aluminio, se debe tener en cuenta el fallo del material soporte, porque fallará antes que el tornillo. Seguro que más de uno se ha cargado una rosca de aluminio apretando demasiado, o una de plastico. Yo a los 14 años me cargué la rosca de la bomba de freno, que era de plastico. Eso me marcó de por vida. Eso lo tienen en cuenta los pares de apriete de los manuales, siempre que no hayas cambiado el material de las piezas que intervienen. Y no hace falta que el material blando sea el de la pieza donde haces la rosca. Si hay un material blando que antes no estaba en la pieza que va acoplada (la que tiene el agujero pasante), un exceso de par podría provocar una deformación permanente debido a la compresión, lo que técnicamente es un fallo mecánico. Por ejemplo, una culata de un material con menos rango elástico, al atornillarla al cilindro, podríamos provocarle una deformación fatal. Volviendo a las roscas, algunas normativas o manuales intentan asegurar que el fallo sea del tornillo y no de la pieza roscada, pidiendo un numero mínimo de filetes de rosca, según el material y el diámetro de la rosca.

Por último, el tema de los adhesivos. Hay algo en nuestro ADN que nos hace desconfiar de todo lo que no sea una unión mecánica tradicional. Pero no debemos olvidar que ya hay algunos aviones que llevan piezas unidas con adhesivos. Yo estoy hablando de los tipicos adhesivos de rosca, el Loctite 222, el 240 y el 270 que son los que yo conozco. Cada uno tiene su manual de instrucciones, pero daré mi opinión. Si tienes un tornillo importante y no quieres que se afloje nunca, 240 o 270. El 270 es casi imposible de volver a aflojar, ni queriendo. El 222 en cambio, te da un par de bloqueo perceptible con la mano y te da cierta seguridad con tornillos que no te atreves a apretar y de los que no tienes el par de apriete. Además, tiene componentes que te hacen una lubricación seca de la rosca (atención a la lubricación que falsea el valor de par de apriete de diseño como dije antes).

Ya acabo. Mi recomendación: tornillos, tuercas y arandelas nuevas cada vez, y el tornillo lubricado en la rosca y en la cabeza (la cara que está en contacto con la pieza).