Guía
¿Qué torque de tornillos debe indicar en el plano para que no se aflojen ni se barran las roscas?
El torque de tornillos es el par de apriete que se aplica a la cabeza o a la tuerca para estirar el tornillo y generar la fuerza de sujeción (precarga) que mantiene unida la junta; lo que realmente importa es esa precarga, y el torque solo la produce de forma confiable si el plano dice también la clase del tornillo, la condición de la cuerda (seca, aceitada o con pasta) y el material del barreno.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
Esta guía es para el ingeniero de diseño o de calidad que tiene juntas que se aflojan con la vibración, cuerdas barridas en carcasas de aluminio o tornillos que se rompen en la línea de ensamble, y para el comprador que necesita que el proveedor arme igual que su planta. No es otra tabla copiada sin contexto: explica de dónde sale cada valor, cuándo deja de servir y qué nota poner en el plano para que el apriete sea el mismo en cada lote. Las cifras de las tablas se calculan con las cargas de prueba de ISO 898-1 e ISO 3506-1; los coeficientes de fricción se marcan como valores típicos y conviene validarlos en su propia junta.
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Datos clave
- ISO 898-1 define las clases de resistencia 8.8, 10.9 y 12.9 de los tornillos de acero al carbono y aleado, con la carga de prueba mínima de cada medida de cuerda métrica gruesa y fina; en tornillos hexagonales y de cabeza Allen de M5 en adelante la clase va marcada en la cabeza (ISO 898-1:2013, ISO)
- En los tornillos de inoxidable A2-70, según ISO 3506-1 la letra y el número indican el grupo de acero austenítico y la resistencia a la tracción mínima en decenas de megapascales, con un límite elástico mínimo de 450 MPa para la clase 70, frente a 640 MPa de un 8.8 (ISO 3506-1:2020, BSI Knowledge, 2020)
- Los recubrimientos de laminillas de zinc para tornillería pueden llevar lubricante integrado o una capa superior para controlar el coeficiente de fricción, lo que cambia el torque necesario para la misma precarga (ISO 10683:2018, ISO)
- El manual de tornillería de la NASA usa la fórmula T = K × F × d, toma K = 0.15 como valor típico de acero sobre acero y, con datos del Industrial Fasteners Institute, estima que apretar con torquímetro controla la precarga con un error de hasta 25 % arriba o abajo (NASA RP-1228, Fastener Design Manual, 1990)
- En los pedidos de Saola Manufacturing, los barrenos roscados se maquinan en la planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; los recubrimientos de las piezas se coordinan con fábricas asociadas y la ubicación de producción se indica en cada cotización.
¿Cómo se reconoce que el problema es el torque y no el tornillo?
Si el tornillo falla de forma distinta según quién lo apretó, o si la junta se afloja sin que el tornillo esté dañado, la causa casi siempre es la precarga, no la pieza. Un tornillo defectuoso falla igual en todas las estaciones; un torque mal definido falla de forma dispersa.
Hay tres síntomas que apuntan al apriete. El primero es el aflojamiento: la marca de pintura de la cabeza ya no coincide con la pieza, la tuerca gira con la mano o la junta se desliza y deja rayas brillantes en las caras de contacto. Eso significa que la precarga fue menor que la fuerza transversal de servicio y la junta pudo deslizarse; cada deslizamiento hace girar un poco el tornillo hacia afuera. El segundo es la cuerda barrida: el tornillo gira sin apretar más, y al sacarlo trae virutas de aluminio o de latón entre los hilos. Eso indica que el torque superó lo que aguanta la cuerda interior, casi siempre en un barreno de material más blando que el tornillo. El tercero es el tornillo roto o estirado: se rompe en la cuerda al apretar, o queda con el cuerpo adelgazado. Eso pasa cuando el torque se calculó para cuerda seca y se aplicó sobre cuerda aceitada o con pasta.
Antes de culpar al proveedor de tornillería, revise si el plano dice un torque, si dice la condición de lubricación y si la herramienta de ensamble está calibrada. En la mayoría de las quejas de campo falta al menos uno de esos tres datos, y entonces cada operador o cada planta aprieta con su propio criterio.
¿Qué causa que una junta atornillada se afloje o se barra, de lo más frecuente a lo menos?
La causa más común es que el plano no indica torque ni lubricación, seguida de un torque copiado de una tabla calculada para otra condición de fricción. Después vienen la cuerda corta en material blando, el asentamiento de recubrimientos y empaques, y la vibración transversal en juntas con poca precarga.
En orden de frecuencia, según lo que típicamente aparece al analizar juntas que fallan en maquinaria industrial: primero, el plano solo dice «apretar firmemente» o no dice nada, así que el apriete depende de la herramienta disponible; segundo, el torque viene de una tabla en seco y el ensamble usa aceite, pasta antiengrane o tornillos con lubricante integrado, de modo que la misma lectura de torque produce mucha más precarga y el tornillo o la cuerda ceden; tercero, el barreno es de aluminio, de zamak o de latón y la longitud de cuerda útil es corta, así que la cuerda interior se barre antes de que el tornillo llegue a su precarga; cuarto, la pintura, el empaque o un recubrimiento grueso bajo la cabeza se aplasta con el tiempo y la precarga se pierde por asentamiento; y quinto, la junta trabaja con vibración y carga transversal, y la precarga no alcanza para impedir que las caras se deslicen.
La relación que conecta todo es sencilla: el torque es igual al factor de tuerca K por la precarga y por el diámetro nominal. El factor K resume la fricción en la cuerda y bajo la cabeza. En la tabla de coeficientes de torque del manual de la NASA, con un coeficiente de fricción de 0.10 en cuerda y cabeza K vale unos 0.13, con 0.15 unos 0.19 y con 0.20 unos 0.25. Las pastas de bisulfuro de molibdeno y los recubrimientos con lubricante llevan la fricción hacia el extremo bajo, y una cuerda seca, oxidada o zincada sin lubricante la sube, así que la misma lectura de torque puede dar cerca del doble de precarga en un caso que en otro. El mismo manual (NASA RP-1228) pide reducir un 50 % los valores de torque en seco cuando las tuercas plateadas llevan cera, lo que muestra cuánto pesa la lubricación. La tabla siguiente muestra valores orientativos calculados con esa fórmula; sirven para revisar si el número de su plano es razonable, no para sustituir una prueba en su junta.
| Medida | Área resistente (mm²) | 8.8 precarga (kN) | 8.8 seco (N·m) | 8.8 aceitado (N·m) | 10.9 precarga (kN) | 10.9 seco (N·m) | 10.9 aceitado (N·m) | A2-70 precarga (kN) | A2-70 con antiengrane (N·m) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M5 | 14.2 | 6.2 | 6.2 | 4.6 | 8.9 | 8.9 | 6.6 | 4.8 | 3.6 |
| M6 | 20.1 | 8.7 | 10.4 | 7.8 | 12.5 | 15.0 | 11.3 | 6.8 | 6.1 |
| M8 | 36.6 | 15.9 | 25.4 | 19.1 | 22.8 | 36.5 | 27.4 | 12.4 | 14.8 |
| M10 | 58.0 | 25.3 | 50.6 | 37.9 | 36.1 | 72.2 | 54.1 | 19.6 | 29.4 |
| M12 | 84.3 | 36.7 | 88.0 | 66.0 | 52.5 | 126.0 | 94.5 | 28.5 | 51.2 |
| M16 | 157 | 68.3 | 218.4 | 163.8 | 97.5 | 312.0 | 234.0 | 53.0 | 127.2 |
Dos advertencias sobre la tabla. La columna de inoxidable usa el factor de cuerda aceitada porque el A2-70 apretado en seco tiende a engranarse (galling): la cuerda se suelda en frío, el tornillo se traba antes de llegar a la precarga y se rompe al intentar sacarlo. Y los valores suponen que la cuerda interior aguanta la carga completa del tornillo, lo cual es cierto en acero con suficiente longitud de cuerda, pero no siempre en aluminio, como se explica más abajo.
¿Cómo se diagnostica si el torque aplicado fue el correcto?
Midiendo el torque residual de una muestra de juntas ya armadas y comparándolo con el valor del plano, y revisando que la herramienta esté calibrada. Si hace falta saber la precarga real, se mide el estiramiento del tornillo o se usa una celda de carga en una junta de prueba.
El método de taller más usado es la verificación de torque residual: con un torquímetro de carátula o electrónico se aplica par en el sentido de apretar hasta que el tornillo apenas empieza a girar, y se anota la lectura. La lectura puede quedar un poco arriba del torque de instalación, porque hace falta vencer la fricción estática, o un poco abajo si la junta ya se asentó; por eso conviene fijar con el cliente el criterio de aceptación y comparar contra juntas recién armadas. Lo que delata un problema es la dispersión grande entre juntas iguales o lecturas muy por debajo del valor especificado. Un barreno barrido se detecta aquí mismo: el tornillo gira sin que la lectura suba.
Una secuencia práctica para una queja de campo es esta. Primero, separe las juntas falladas de las buenas y anote estación, operador, herramienta y lote de tornillos. Segundo, mida el torque residual de una muestra de cada grupo. Tercero, revise la cuerda interior con calibrador pasa no pasa y mida la longitud de cuerda útil real contra el plano. Cuarto, confirme qué lubricante, fijador o recubrimiento llevaban realmente el tornillo y la tuerca. Quinto, busque pintura, rebaba o empaque bajo la cabeza. Si las juntas falladas comparten estación o herramienta, la causa es el proceso de apriete; si comparten lote de tornillos o de recubrimiento, es la fricción; si comparten un barreno corto o en material blando, es la cuerda interior.
Para una investigación formal hay herramientas más finas. La medición del alargamiento del tornillo con micrómetro o ultrasonido da la precarga directamente, sin depender de la fricción. La prueba de torque contra fuerza de sujeción según ISO 16047 mide en laboratorio el coeficiente de fricción real de la combinación de tornillo, recubrimiento, lubricante y pieza, y es la forma correcta de fijar el torque de una junta crítica. Revise también lo básico: el certificado de calibración del torquímetro o del atornillador, si el ensamble usó la misma lubricación que dice el plano y si las caras de apoyo estaban libres de pintura o rebaba.
¿Cómo se corrige según el material del barreno, el recubrimiento y la lubricación?
Primero se decide la precarga que necesita la junta y luego se ajusta el torque a la fricción real y a lo que aguanta la cuerda interior. En aluminio y latón casi siempre manda la cuerda del barreno, no la clase del tornillo.
El torque controla la precarga de forma indirecta y con dispersión: según la tabla del Industrial Fasteners Institute que reproduce el manual de la NASA (NASA RP-1228), el error de precarga es de hasta 25 % arriba o abajo con torquímetro, 15 % con apriete por vuelta de tuerca, 10 % con arandelas indicadoras de carga y de 3 a 5 % midiendo el alargamiento del tornillo, porque la fricción cambia de un lote de tornillos a otro. Por eso una junta crítica se define con el método de apriete además del valor. Para la mayoría de las piezas industriales basta con fijar bien la lubricación y la tolerancia del torque; para juntas con vibración fuerte o seguridad de personas conviene apriete por ángulo, arandelas indicadoras de carga o medición de alargamiento.
| Situación | Qué pasa | Qué hacer |
|---|---|---|
| Barreno roscado en aluminio maquinado | La cuerda interior se barre antes de que un 8.8 llegue a su precarga si la cuerda útil es corta | Como regla práctica, cuerda útil de 2 × d o más; torque limitado a lo que aguanta la cuerda (a menudo el de la columna 8.8 aceitado o menos); inserto de rosca si se arma y desarma seguido |
| Barreno en zamak, latón o aluminio fundido | Material más blando y con posible porosidad; la cuerda cede y el torque cae con el tiempo | Cuerda útil de 2 a 2.5 × d, torque reducido validado con prueba de barrido, o inserto |
| Tornillo zincado sin sellador ni lubricante | Fricción alta y muy variable entre lotes | Especificar en la orden el recubrimiento con lubricante o la ventana de coeficiente de fricción |
| Laminillas de zinc con lubricante integrado | Fricción más baja que en seco; el torque de tabla en seco sobreaprieta | Usar el torque del proveedor del recubrimiento o la columna aceitada |
| Pasta de bisulfuro de molibdeno o antiengrane con cobre | K bastante menor que en seco; la misma lectura puede dar mucha más precarga y romper el tornillo | Pedir el factor K al fabricante de la pasta, bajar el torque en proporción y decir la pasta en el plano |
| Inoxidable A2 o A4 en inoxidable o aluminio | Engrane de cuerdas en seco | Antiengrane obligatorio, apriete a velocidad baja, no reutilizar tornillos trabados |
| Pintura, empaque o recubrimiento grueso bajo la cabeza | Asentamiento y pérdida de precarga después del ensamble | Enmascarar las caras de apoyo, usar rondana endurecida o reapretar tras asentamiento |
| Vibración con carga transversal | Deslizamiento de la junta y autoaflojamiento | Subir la precarga (clase mayor o tornillo más grande), cuerda más larga, adhesivo fijador o tuerca de seguridad |
Si el barreno de aluminio es el eslabón débil, la solución no es bajar el torque hasta que no se barra, porque entonces la junta se afloja. Es aumentar lo que aguanta la cuerda interior: más longitud de cuerda útil, un barreno ciego más profundo o un inserto de rosca de alambre, cuya cuerda exterior más grande reparte la carga en un diámetro mayor; el manual de la NASA lo describe como la forma más usada de reforzar barrenos en materiales blandos y de reparar cuerdas barridas. La guía de machuelado de barrenos roscados explica cómo indicar la profundidad útil de cuerda en el plano para que esa longitud no dependa del criterio del taller.
¿Qué escribir en el plano, la solicitud de cotización y la orden de compra para que no se repita?
Una nota de apriete completa: medida y clase del tornillo, valor de torque con su tolerancia, condición de lubricación de la cuerda y bajo la cabeza, secuencia si hay varios tornillos, y cómo se marca o verifica. Un torque sin lubricación dicha es un número que cada quien interpreta distinto.
Las redacciones de la tabla son genéricas, para adaptar a su junta; no son la norma de ningún cliente. Ponga la nota en el plano de ensamble, no en el de la pieza suelta, y repita la profundidad útil de cuerda en el plano de la pieza que lleva el barreno.
| Caso | Nota sugerida |
|---|---|
| Tornillo de acero en tuerca o barreno de acero | TORNILLOS M8 CLASE 8.8: APRETAR A 19 N·m (MÍN. 17, MÁX. 21) CON ACEITE LIGERO EN CUERDA Y BAJO CABEZA. MARCAR CON PINTURA DE TORQUE. |
| Tornillo en barreno de aluminio | BARRENO M6, CUERDA ÚTIL MÍN. 12 mm. TORNILLO M6 CLASE 8.8 A 7 N·m (MÍN. 6.3, MÁX. 7.7), CUERDA SECA, SIN PINTURA EN CARA DE APOYO. |
| Tornillo de inoxidable | TORNILLOS M10 A2-70: APLICAR ANTIENGRANE EN CUERDA. APRETAR A 29 N·m (MÍN. 26, MÁX. 32) EN SECUENCIA CRUZADA, DOS PASADAS. |
| Junta con vibración | TORNILLOS M12 CLASE 10.9 CON FIJADOR DE CUERDA DE RESISTENCIA MEDIA. APRETAR A 94 N·m (MÍN. 85, MÁX. 103). VERIFICAR TORQUE RESIDUAL EN MUESTRA POR LOTE. |
En la solicitud de cotización diga si espera piezas sueltas o ensambladas, quién suministra la tornillería y con qué recubrimiento, y el material de cada barreno. Si el proveedor arma, la orden de compra debe pedir el método de apriete, la calibración de la herramienta y un registro de verificación de torque residual por lote; si arma usted, pida que los barrenos roscados se revisen con calibrador pasa no pasa y que las caras de apoyo lleguen sin pintura donde el plano lo diga. Cuando el tornillo lleva recubrimiento, indique la especificación completa según ISO 4042 o ISO 10683, incluida la lubricación o la ventana de fricción, porque es lo que hace que la tabla de torque siga siendo válida lote tras lote.
¿Quién hace qué en un pedido con Saola Manufacturing?
Los barrenos roscados, sus profundidades y las caras de apoyo se maquinan en la planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam. Los recubrimientos de las piezas se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción y el origen se indican en cada cotización.
Las carcasas, bridas y soportes con barrenos roscados se fabrican en fresado CNC y las piezas de revolución en torneado CNC, donde se cuida la profundidad útil de cuerda que pide el plano y las cuerdas se verifican con el método que el plano indique. Cuando la pieza lleva anodizado, zincado o pintura, ese proceso se gestiona con fábricas asociadas como parte de los acabados superficiales; ese taller puede estar fuera de Vietnam, y la cotización lo dice. Si el plano trae un torque pero no la lubricación, o un barreno en aluminio con cuerda corta para el torque indicado, lo señalamos al revisar la solicitud para que la decisión quede escrita antes de producir. Indique en la solicitud si espera piezas sueltas o un ensamble, y quién aporta la tornillería.
Preguntas frecuentes
¿Por qué dos tablas de torque dan valores distintos para el mismo tornillo?
Porque suponen distinta fricción y distinto porcentaje de la carga de prueba. Una tabla para cuerda seca da más torque que una para cuerda aceitada, y una que usa una precarga más alta también. Antes de copiar un valor, revise qué coeficiente de fricción y qué precarga usó la tabla.
¿Se puede reutilizar un tornillo que ya se apretó al torque de la tabla?
En juntas comunes de acero con precarga moderada, típicamente sí, si la cuerda no está dañada. Los tornillos apretados más allá del límite elástico, los que llevaban fijador de cuerda y los de inoxidable que se trabaron no deben reutilizarse. Si la junta es crítica, el plano debe decirlo.
¿El fijador de cuerda cambia el torque que hay que aplicar?
Sí. El adhesivo líquido actúa como lubricante mientras está fresco y reduce la fricción, así que con el mismo torque la precarga sube. El manual de la NASA señala que algunos fijadores removibles también funcionan como lubricante y antiengrane. Los fabricantes de adhesivos suelen publicar el factor de fricción o de corrección de cada producto; use ese dato y anote el producto o su tipo en el plano.
¿Conviene indicar torque o ángulo de apriete en el plano?
Para la mayoría de las piezas industriales, torque con lubricación definida es suficiente y fácil de verificar. El apriete por torque más ángulo da una precarga más uniforme y se usa en juntas críticas, pero a menudo lleva el tornillo cerca o más allá de su límite elástico y requiere validación de la junta.
¿Qué hago si el barreno de aluminio ya se barrió?
La reparación usual es un inserto de rosca de alambre en la misma medida nominal, que en aluminio suele dejar la cuerda más resistente que la original porque reparte la carga en un diámetro mayor. Para el siguiente lote, corrija la causa: más cuerda útil en el plano, torque acorde al aluminio y lubricación definida.
Fuentes
- ISO 898-1:2013, Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel, Part 1: Bolts, screws and studs with specified property classes, ISO, 2013
- ISO 3506-1:2020, Fasteners: Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners, Part 1: Bolts, screws and studs, BSI Knowledge, 2020
- ISO 10683:2018, Fasteners: Non-electrolytically applied zinc flake coating systems, ISO, 2018
- ISO 4042:2022, Fasteners: Electroplated coating systems, ISO, 2022
- Fastener Design Manual, NASA Reference Publication 1228, R. T. Barrett, NASA Lewis Research Center, marzo de 1990