Tabla de par de apriete de pernos: guía de fijaciones métricas y SAE

Una tabla de torque para pernos proporciona un par de apriete de referencia para un tamaño de rosca, una clase de resistencia y una condición de montaje determinados. En las tablas calculadas que siguen, M10 × 1.5 Clase 8.8 corresponde a 50.5 N·m (aprox. 37 lbf·ft), y 1/2-13 SAE Grado 5 corresponde a 75.4 lbf·ft (aprox. 102 N·m). Ambos casos parten de un factor de tuerca K = 0.20 y de una precarga objetivo del 75% de la carga de prueba. Estos supuestos constituyen una base de cálculo, no un ajuste verificado para todas las uniones secas de acero.

Cómo funciona el par de apriete

El apriete estira el perno y comprime la unión. La fuerza de tracción resultante en el perno es la precarga. Una llave dinamométrica mide el par aplicado, no la tensión del perno. La fricción en la rosca y bajo la cabeza o la tuerca en giro absorbe gran parte del par aplicado, por lo que variaciones en el aceite, el recubrimiento o las arandelas pueden modificar la precarga con el mismo ajuste de la llave.

Cómo se calcularon las tablas

• Sp: esfuerzo de prueba para la clase y el tamaño.

• As: área resistente a tracción de la sección roscada (no el área del vástago liso).

• d: diámetro nominal del perno.

• K: factor empírico de tuerca que integra la fricción y la geometría. No es el coeficiente de fricción de la rosca.

Utilice F en newtons y d en metros para obtener T en N·m. Utilice F en lbf y d en pulgadas para obtener lbf·in; después divida entre 12 para obtener lbf·ft. El objetivo del 75% de la carga de prueba es la base seleccionada para estos cálculos de referencia. El objetivo de montaje adecuado depende del diseño de la unión y del procedimiento de apriete.

Tabla de torque para pernos métricos: roscas gruesas

Datos de cálculo: áreas nominales de esfuerzo a tracción y tensiones bajo carga de prueba según ISO 898-1:2013. Para los tamaños indicados, la Clase 8.8 utiliza 580 MPa hasta M16 y 600 MPa por encima de M16; las Clases 10.9 y 12.9 utilizan 830 MPa y 970 MPa. Se trata de pares de referencia calculados, no de especificaciones de torque emitidas por ISO. Multiplique N·m por 0.7376 para obtener lbf·ft.

Roscas métricas finas

A igual diámetro nominal, clase de propiedad, fracción de precarga y valor K asumido, una rosca fina, al ofrecer una mayor área resistente a tracción, arroja un par calculado superior. El par real también depende de la geometría de la rosca y de la fricción. Estas tablas no determinan la capacidad de diseños de cabeza con menor capacidad de carga ni de roscas practicadas en materiales más blandos. Consulte la especificación del producto al seleccionar tornillos de cabeza hexagonal.

Tabla de par de apriete para pernos SAE: roscas UNC

Datos de cálculo: tensiones de prueba SAE J429_201405 de 85,000 psi para Grado 5 y 120,000 psi para Grado 8 en los tamaños indicados. Para Grado 5 se emplean 74,000 psi por encima de 1 inch; no extrapole esta tabla a diámetros mayores. En un elemento de fijación pequeño, puede resultar más práctico una llave graduada en lbf·in: el valor calculado para 1/4-20 Grado 5 es de aproximadamente 101 lbf·in. Seleccione una herramienta con un rango de trabajo adecuado.

Confirme la rosca en pulgadas y el grado del material al seleccionar tornillos de cabeza hexagonal Grado 5 o tornillos de cabeza hexagonal Grado 8 antes de elegir un valor. Unas dimensiones de cabeza similares no implican el mismo par de apriete.

Ejemplo resuelto: M10 × 1.5, clase 8.8

Carga de prueba: 580 N/mm² × 58.0 mm² = 33,640 N. Precarga objetivo: 0.75 × 33,640 = 25,230 N. Con d = 0.010 m:

Este cálculo estima el par correspondiente a la precarga objetivo seleccionada. No verifica la capacidad de un perno real, una carcasa, una junta o una rosca interna. El diseño de la unión debe definir un rango de precarga aceptable, teniendo en cuenta la variación de apriete, las cargas externas y la capacidad de las piezas acopladas.

Par en seco frente a par lubricado

Para una misma precarga objetivo, un factor de tuerca más bajo arroja un par calculado menor. Sin embargo, no es posible asignar K de forma fiable solo a partir de una designación como “seco”, “zincado” o “antigripante”. Influyen el sistema de recubrimiento, la formulación del lubricante, las superficies de contacto y las condiciones de montaje. Utilice los datos del proveedor para el sistema específico de fijación o un ensayo validado de par-fuerza de apriete.

Los valores de K de esta tabla son datos ilustrativos, no valores recomendados para recubrimientos o lubricantes concretos. Las variaciones de par se aplican a una precarga objetivo fija; no constituyen factores universales de corrección por lubricante. Los ensayos de par-fuerza de apriete, como los realizados conforme a ISO 16047, pueden ayudar a establecer la relación para un sistema de fijación definido.

Si el ajuste de la llave no cambia mientras K desciende de 0.20 a 0.15, el modelo simplificado predice aproximadamente un 33% más de precarga. Partiendo del 75% de la carga de prueba, se alcanza aproximadamente el 100% de la carga de prueba. La carga de prueba no es lo mismo que la carga de fluencia, pero este cambio puede consumir el margen previsto y aumentar el riesgo de sobrecargar el perno o la rosca interna. No añada lubricante a un conjunto especificado en seco sin un procedimiento aprobado.

Verificaciones antes de ajustar la llave dinamométrica

En uniones críticas para la precarga, valide el procedimiento de apriete sobre piezas representativas. Entre las opciones figuran un procedimiento torque-ángulo validado, la medición del alargamiento del perno o un dispositivo adecuado de indicación de carga. El control por torque-ángulo no mide directamente la tensión del perno. Tenga en cuenta la variación de la herramienta, la variación por fricción y la pérdida de precarga después del asiento.

• Identifique el elemento de fijación. Confirme el diámetro, el paso, la calidad o clase, la longitud y la norma del producto.

• Verifique las piezas acopladas. La resistencia de la tuerca, la dureza de la arandela, el engrane de la rosca y la resistencia de las piezas sujetas pueden limitar la unión.

• Verifique la condición superficial. Determine el recubrimiento, el lubricante, la disposición de las arandelas y qué componente gira.

• Siga el procedimiento. Aplique su secuencia de apriete, las etapas, los requisitos de herramienta y las reglas de reutilización.

• Considere el torque de arrastre. Una tuerca con torque predominante ofrece resistencia al giro antes de asentarse. Utilice la medición y la tolerancia especificadas en el procedimiento de ensamblaje; las tablas de referencia no incluyen esta resistencia adicional.

Para tornillos de cabeza cilíndrica en orificios roscados, verifique la longitud de engrane y la resistencia del material de la rosca interna. Un tornillo de mayor resistencia por sí solo no hace más resistente esa rosca interna.

Por qué difieren las tablas publicadas de par de apriete

Las tablas difieren porque emplean distintos objetivos de precarga, valores de fricción, áreas de tensión o límites de resistencia. Algunas incorporan el torque de arrastre; otras utilizan un modelo completo de fricción en la rosca y bajo cabeza. Primero compare los supuestos y después los valores.

Manual de diseño de elementos de fijación de la NASA, RP-1228 explica el cálculo del par de apriete y las limitaciones de los coeficientes de torque supuestos. Las tablas de este artículo son cálculos propios realizados con los datos indicados, no valores de par copiados de la NASA. Los datos de propiedades mecánicas se identifican en cada tabla; el factor de tuerca y la fracción de precarga son supuestos de cálculo independientes.

¿Necesita elementos de fijación de repuesto o ayuda para ajustar una especificación? Contáctenos con el tamaño de rosca, el grado o clase, el recubrimiento, la rosca de acoplamiento y la disposición de arandela, además de cualquier requisito de par indicado en el plano. Con esa información, podemos confirmar el conjunto de fijación antes de que ajuste el valor de la llave dinamométrica.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto mayor es el par de apriete de Grado 8 frente a Grado 5?

Para los tamaños incluidos en la tabla UNC, el Grado 8 presenta un par calculado aproximadamente 41% superior al del Grado 5 cuando se mantienen constantes el diámetro, el paso, K y el porcentaje de carga de prueba. La relación se obtiene de 120,000 ÷ 85,000. No se trata de una instrucción general para incrementar el par de montaje existente al sustituir un perno por otro de mayor resistencia.

¿Puedo utilizar estas tablas para pernos de acero inoxidable?

No. Estas tablas utilizan las clases de propiedad y los grados SAE de acero al carbono y aleado indicados anteriormente. Los elementos de fijación de acero inoxidable requieren valores específicos para su propio material y clase de propiedad. Su procedimiento de apriete también debe contemplar el agarrotamiento por rozamiento y el lubricante o recubrimiento especificado.

¿Un adaptador tipo pata de cuervo modifica el ajuste de la llave?

Sí, si el adaptador modifica el brazo de palanca efectivo. En un adaptador que se extiende recto más allá del cuadradillo, alineado con la llave, el ajuste básico es T × L ÷ (L + E). Aquí, T es el par requerido del elemento de fijación, L es la distancia efectiva desde el centro del accionamiento hasta el punto de aplicación de la carga manual especificado, y E es la distancia desde el centro del accionamiento hasta el centro del elemento de fijación. Utilice las mismas unidades de longitud y siga las instrucciones del fabricante de la herramienta para la configuración real.