Cuando los materiales se alejan bajo presión debido a una fuerza externa, se denomina tracción. La tracción se mide a través del esfuerzo de tracción o la resistencia a la tracción. Normalmente se especifican para conocer las capacidades de un material.

Sujetadores de alta resistencia

Los sujetadores deben poseer cualidades que sean deseables para sus aplicaciones. La alta resistencia a la tracción en los sujetadores es una característica crucial que les brinda una capacidad general para un resultado de desempeño exitoso.

La resistencia a la tracción en los componentes de los materiales puede verse muy alterada en los métodos de tratamientos especiales. Para aumentar sus capacidades y alcanzar la precisión en los detalles, los materiales de fijación se someten a un proceso de acabado y prueba.

En los sujetadores de uso común, las propiedades de alta tensión son normalmente una necesidad de cualidades en tuercas, pernos y tornillos.

Leer a lo largo >> ¿Cuáles son los tipos de tuercas, pernos y tornillos?

>> ¿Cómo se fabrican los pernos?

>> ¿Cómo se hace un tornillo?

Por lo tanto, la resistencia a la tracción se puede aplicar a cualquier material sólido o como se considere en la amplia gama de sujetadores. La medida aplicable de esta calidad en tuercas, pernos y tornillos es probar los materiales en su producción.

La resistencia a la tracción típica de los materiales de sujeción

MPa (MegaPascal) la unidad pascal = unidades SI para presión o tensión

Fuente: wikipedia-UTS/resistencia máxima a la tracción

La prueba de tracción en metales se usa generalmente en la fabricación de sujetadores y trabajo de metales, es un proceso importante para ayudar a identificar la limitación de su composición destructiva. Esto también garantiza la calidad de las tuercas, los pernos y los tornillos para ofrecer su funcionalidad en un punto de ruptura predeterminado.

Estrés de tracción VS. Resistencia a la tracción 

La fuerza por unidad de fuerza de estiramiento o tracción se refiere a esfuerzo de tracción. Se define como una carga aplicada asociada con el eje de los materiales que se extraen. Considerando que, la resistencia a la tracción se refiere a la medición de la tensión de tracción en la compresión de materiales y su capacidad para resistir un punto de ruptura antes de agrietarse.

La baja ductilidad permite que los materiales resistan el alargamiento mientras que los materiales quebradizos se fracturan por tensión antes de alcanzar la máxima resistencia.

Propiedades de tracción que afectan la fuerza de tracción en los materiales:

• Módulo de elasticidad: también llamado módulo elástico o coeficiente de elasticidad, es la relación de tensión en el cuerpo de un objeto o sustancia en su deformidad.

• UTS o Ultimate Tensile Stress: a menudo abreviado como resistencia a la tracción, se refiere a la limitación de la tensión que un material puede soportar mientras se estira o tira con fuerza antes de que alcance el punto de fluencia.

• Módulo de resiliencia: es la tensión de energía máxima que se calcula por unidad de volumen en resiliencia o absorción de tensión hasta un límite elástico

• Esfuerzo de fractura: es una propiedad del material que indica la resistencia al agrietamiento en el modo aplicado de carga, flexión, compresión y tracción.

El grado de tensión de tracción que pueden soportar los materiales explica la resistencia a la tracción. la fuerza aplicada en los componentes no debe ser capaz de provocar una falla en forma de rotura, fractura, distorsión y deformación permanente.

Los tres tipos de medición de la resistencia a la tracción:

• Límite elástico: es el tamaño del estrés en el que un material comienza a transformarse en una deformación permanente.

• Resistencia máxima: se refiere a la tensión correspondiente en la resistencia máxima que cualquier material sólido puede soportar antes de alcanzar un punto débil de rotura.

• Resistencia a la rotura: como en general, la resistencia a la tracción define la mayor capacidad de los materiales para resistir fallas.

Beneficios de las cualidades de alta resistencia

• Proporciona resistencia a la tensión y alto límite elástico en niveles cruciales

• Disminuye el impacto negativo sobre el medio ambiente debido a la producción de menores emisiones de carbono

• Materiales más livianos o tara baja que pueden transportar cargas pesadas mientras soportan una cantidad extrema de fuerza (generalmente se aplica a las industrias del transporte)

• Capacidad para desafiar las corrosiones atmosféricas de la exposición a contaminantes.

Las industrias de aplicación de sujetadores de alta resistencia

• Construcción de camiones, remolques y maquinaria agrícola pesada

• Partes automotrices como motores, ejes, rotores

• Aplicaciones de resortes como cuerdas elásticas, juegos de entretenimiento y otros

• Infraestructuras

• Edificios

• Puentes

• Carreteras

• Vias ferreas

• Túneles

• Gestión de residuos

¿Cómo se pretensan los pernos/sujetadores y por qué son necesarios?

Los pernos y sujetadores son dispositivos cruciales fabricados en su forma más alta de calidad, pero no son tan fuertes como pensamos. Cuando las tuercas se aprietan juntas en tornillos y pernos, durante el cual las roscas de los sujetadores se corresponden entre sí con una fuerza aplicada al material de la superficie. Esta tensión se llama precarga de pernos/sujetadores, la fuerza creada al comprimir las tuercas en los pernos para apretar y viceversa.

Colocar peso solo en los pernos conduce a una cantidad limitada de carga que pueden soportar antes de fallar. Los pernos tienen una característica elástica predeterminada para el alargamiento y estiramiento. Pero cuando se aplican pernos y tuercas para apretar los materiales, pueden distribuir la carga a través de la superficie haciéndolos menos vulnerables a la presión y la fuerza. El acto de unir los pernos a su estado final con una fuerza apretada se denomina simplemente pretensado. Esto indica la importancia de aplicar la tensión correcta a los sujetadores para que mantengan la seguridad de la aplicación. La mayoría de los sujetadores se fabrican con una eficacia relativa a los valores de par de apriete para que no se aflojen por la vibración y la posible deformación permanente.

Distinguir los términos principales para recordar

1. Carga – se refiere a la cantidad de peso o fuente de presión soportada en el ensamblaje del sujetador
2. Precarga – es el estado de compresión necesario para distribuir la fuerza de carga sobre el conjunto
3. Carga de trabajo – por lo general se refiere a la fuerza máxima que un dispositivo puede tomar en masa sin fallar en la rotura
4. Precarga del perno – comprende básicamente la ejecución de plazos. Cuando se aplican pernos para unir materiales, la fuerza precargada ejecutada debe realizar la distribución del peso a través de la superficie. Como la tensión crea la carga de trabajo del ensamblaje, los pernos deben soportar la fuerza mientras sostienen la configuración completa de la sujeción.

¿Por qué se requieren pernos/sujetadores pretensores? ¿Y qué importancia retrata?

Los pernos también pueden depender de la aplicación de la superficie, ya que se crean principalmente para sujetar y unir materiales, se requiere la necesidad de una sustancia de soporte para ejercer su función. Por lo tanto, el pretensado comúnmente denominado precarga es inevitable para evitar que los pernos se aflojen y se deformen de forma permanente. La precarga ayudará a determinar y comprender la sostenibilidad de los sujetadores en la aplicación cuando se aplica una fuerza en la unión atornillada.

• Evita que el montaje tenga posibles fallas en el futuro; rotura, aflojamiento, agrietamiento, fractura, corrosión, etc.

• Ayuda a determinar la capacidad de los sujetadores para soportar cargas de peso y fuerzas de presión

• Cuando la precarga se realiza correctamente, el resultado del mantenimiento podría ser menos trabajo

• Sostener una carga de distribución permite que los pernos y sujetadores realicen un atributo de alta calidad durante la situación crítica

• Sin deslizamiento en servicio (rigidez) o aflojamiento de roscas en tuercas y pernos durante las vibraciones

• Tolerancia de algunos factores que comprometen la aplicación.

• La principal ventaja de aplicar precarga a los pernos es evitar la fatiga en los sujetadores.

Las desventajas mínimas

• La dificultad para determinar la fuerza de tensión determinada de los sujetadores puede variar de vez en cuando
• Precargar todos los pernos en algunas aplicaciones puede tener diferentes resultados y rendimiento debido a la variación de los atributos
• Debe ejecutarse correctamente una precarga adecuada o se producirá un fallo de rotura en el montaje.
• Las roscas flojas en las tuercas darán como resultado una precarga de mala calidad
• La precarga tiene costos

Formas más sencillas de determinar los sujetadores de pernos precargados

1. Herramienta de llave dinamométrica: este método se considera una medida opcional de la precarga del perno porque durante el apriete del material, el par se verá afectado directamente dentro de la sustancia contra la que gira. Cuanto más áspero es el material, más fricción produce, lo que hace que el valor del par sea mayor mientras se reduce la tensión de precarga, o se aplica lo contrario. Se logrará un par óptimo pero la precarga óptima disminuirá. En resumen, los resultados dependerán del material y el uso de este proceso es impredecible y puede resultar en conjeturas incorrectas o promedio.
2. Arandelas indicadoras de precarga: este tipo de arandela está diseñada para girar en pernos hasta alcanzar una cantidad específica de carga. La idea es hacer que la arandela indicadora de precarga gire hasta que deje de girar libremente o, en otras palabras, hasta que cumpla con el requisito de precarga. Se considera una manera fácil de determinar la compresión precisa.
3. Arandelas indicadoras de tensión directa: esta arandela indica la tensión de precarga con su función de pequeñas protuberancias que se aplana cuando se alcanza la precarga requerida. Cuando se aplana, se inserta una galga de espesores en el eje del perno para garantizar que la accesibilidad no sea mayor a 50% o, idealmente, menor debajo de la arandela.
4. Arandelas indicadoras de tensión directa de silicona: este es otro tipo de arandela que funciona de manera similar a la arandela de tensión directa, con la única diferencia de tener una pasta de silicona rellena en pequeños huecos. Durante el apriete de una tuerca contra ellos, una pasta de silicona sale gradualmente de los lados de la arandela. Para identificar la precarga óptima con el uso de esta arandela, el número de huecos de la arandela se deducirá por uno de la exposición de los lados.
5. Apriete hasta que quede ajustado y "X" grados: este método le dará un enfoque prácticamente cercano a la precarga. Esto probablemente indicará pernos precargados al apretar la tuerca hasta que quede ajustada y apretar la tuerca "X" grados.
6. También se pueden mostrar más indicadores a través de los pernos con diferentes tipos de grados (400- 800 MPa)

Sujetadores precargados vs no precargados

Aparte de la diferencia obvia en el tamaño (el diámetro de la cabeza del tornillo puede ser mayor y lo mismo ocurre con las tuercas cuando están precargadas), la principal diferencia será la ejecución de los sujetadores.

Pernos/sujetadores no precargados por lo general, se aprietan al menos hasta que queden bien ajustados (se refiere a la estanqueidad del ensamblaje lograda con una llave de impacto o un herrero con un espacio visible pequeño o nulo). Los materiales conectados se unen entre sí sin ninguna precarga específica para lograr una condición firme que evite suficientemente la extracción o el traqueteo cuando se sacude.

Pernos/sujetadores precargados estén apretados al menos a una fuerza o precarga mínima especificada. La unión de los materiales se realiza de conformidad con los métodos de instalación. Este tipo de sujetador se usa comúnmente en aplicaciones con requisitos críticos como resistencia al deslizamiento, conexiones sísmicas, resistencia a la fatiga, propósitos de ejecución o, a veces, como medida de calidad.

Las medidas de las variables que afectan el torque y la tensión en los sujetadores.

• Acabado y absorción de tolerancias de las roscas en pernos y tuercas 
• Factores que afectan a la lubricación 
• Las condiciones ambientales que afectan la probabilidad de corrosión.
• La fricción existente dentro de los grados del área de apoyo de la tuerca a la cabeza del perno y su superficie de apoyo.
• parámetros de suministro de aire en llaves de impacto
• La fuerza de presión de la llave dinamométrica que puede cambiar dentro del cambio 
• Cuando un nivel de torque aplicado responde a la repetibilidad de la llave

Análisis de los modos de fallaures en atornillado 

1. Sobrecarga - ocurre cuando la aplicación produce y opera una carga excesiva que hace que la junta se afloje o falle
2. Torque excesivo - se refiere a la falla de las roscas en un sujetador debido al daño causado por forzar el torque o por un largo proceso de deformación. Mientras que lo contrario permite la falla de aflojamiento en la junta que puede fallar por fatiga debido a un par insuficiente.
3. Falla por fatiga: generalmente se encuentra debido a la acumulación de movimiento y pequeñas grietas en el material. Cuando los pernos precargados giran en carga axial y transversal, lo que hace que se deslicen debido a la rigidez.
4. Brinelling –  generalmente ocurre al elegir una arandela de mala calidad, lo que conduce a una pérdida de carga de sujeción y falla por fatiga en los materiales de unión.
5. Otras razones de falla: incluye otros factores predeterminados e indeterminados que pueden afectar la confiabilidad general de los pernos y tuercas. (incluye corrosión, empotramiento, porción excedente del esfuerzo cortante, etc.)

Mecanismos de bloqueo en uniones atornilladas

Nueces Mermeladas

Es un tipo común de dispositivo de bloqueo o contratuerca en el que se atasca contra una tuerca estándar para asegurar la aplicación. Por lo general, es la mitad del diámetro de una tuerca estándar para que encajen perfectamente en la tuerca más gruesa. La tuerca más gruesa alivia la fuerza de la tuerca más delgada y la distribuye uniformemente en la superficie circundante. Como resultado, la tuerca más delgada aplica una compresión fuerte en las juntas y presiona las roscas para que se bloqueen entre sí.

Tuercas de torque prevalecientes

Un ejemplo común de esto es una tuerca Nyloc, se consideran un inserto para las roscas internas que las unen al sujetador opuesto, lo que crea una fuerza de fricción y un par predominante. Este método permitirá que la resistencia se afloje en las juntas y posiblemente retroceda al sujetarlas.

Compuestos químicos de bloqueo

Los ejemplos de compuestos químicos de bloqueo contienen anaeróbicos que se desarrollaron como adhesivos de bloqueo de roscas durante la ausencia de oxígeno en las articulaciones. Crean una mayor fricción durante la rotación de la tuerca y un par predominante. Son un compuesto confiable para eliminar el aflojamiento de sujetadores por vibración.

Cable de bloqueo

Este método generalmente se aplica en juntas críticas para evitar una rotación hacia atrás. El proceso se realiza perforando un orificio a través de las cabezas de los pernos y las tuercas y luego se inserta un alambre roscado en el orificio.

Arandelas elásticas y arandelas de seguridad

Estos son tipos de arandelas que se doblan axialmente durante el apriete de los sujetadores. Las arandelas de resorte están diseñadas para crear una fuerza axial que absorbe los impactos mientras proporciona una fuerza de resorte para contrarrestar las vibraciones. Mientras que las arandelas de seguridad ejercen tensión de resorte en los sujetadores de las superficies para proporcionar más resistencia a la vibración y la rotación.

¿Qué profesiones e industrias usan sujetadores?

Algunas industrias y aplicaciones diversas requieren soluciones de fijación. Hoy en día, estos dispositivos son un elemento crucial en la fabricación de productos finales. La mayoría de los dispositivos de productos y tipos de maquinaria que se encuentran en nuestra sociedad se fabrican con el uso de sujetadores. Profundicemos en información detallada sobre industrias con aplicaciones de materiales de fijación.

Aeroespacial

Esta industria requiere materiales de sujeción críticos debido a múltiples factores que afectan su desempeño y función general. El sector aeroespacial comprende un gran sector de fabricación de productos aeronáuticos o espaciales, como aviones militares y de pasajeros, helicópteros, planeadores, naves espaciales, vehículos de lanzamiento, satélites y una amplia gama de artículos relacionados con el espacio.

Automotor

Es uno de los sectores más grandes que convierte el uso de sujetadores en productos útiles de la innovación actual. La industria automotriz implica el diseño, la fabricación y el desarrollo de vehículos de motor. Requieren sujetadores específicos particularmente capaces de proporcionar seguridad para la salida de su producto.

Accesorios

Son considerados un subsector de la industria manufacturera, esta comprende cosas sencillas que se pueden encontrar en nuestra casa que requieren sujeción por seguridad o sujeción. Por lo general, electrodomésticos se refiere a los equipos eléctricos o electrodomésticos que se utilizan en la comodidad de nuestros hogares, como hornos de microondas, refrigeradores, televisores, cafeteras, tostadoras, teteras, planchas y más.

Industria de edificios y construcción

Esta industria se dedica principalmente a la construcción y desarrollo de edificios (residenciales o no residenciales) y otros proyectos de ingeniería (carreteras, sistemas de servicios públicos). Los establecimientos que componen esta industria juegan un papel más importante en las renovaciones y ampliaciones de la estructura de muchos países en evolución. 

7 tipos de ingeniería de sistemas de construcción:

1. Civil: un sistema que trabaja en estrecha colaboración con la arquitectura del paisaje para mejorar las instalaciones circundantes, la infraestructura, el enrutamiento de los servicios públicos del sitio (tuberías de aguas pluviales, sanitarias, gas natural, etc.) y el apoyo a los edificios.
2. Eléctrico: el elemento clave de la ingeniería eléctrica es la distribución de energía en los edificios. También se aplica a los sistemas de alarma de seguridad y soporte de energía. 
3. Energía: ya que las fuentes de energía alternativas están creciendo en importancia frente a las crecientes preocupaciones ambientales. El uso de energía solar, energía eólica, combustibles fósiles, energía generada por carbón, fotovoltaica y otros son aspectos importantes de la eficiencia energética en el mundo de hoy.
4. Mecánico: la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado son partes importantes de los sistemas de construcción que contribuyen al uso de sujetadores.
5. Plomería: sistemas de tuberías para drenaje de techos, lavabos e inodoros, sistemas de calentamiento de agua, sistemas de alarma contra incendios, rociadores de agua y otra ingeniería relacionada con la plomería.
6. Estructural: esto implica la instalación de estabilidad en edificios como columnas, armaduras, vigas y pies de página.
7. Tecnología: este sistema se puede considerar como una subcategoría de la electricidad, pero cubre una amplia gama de productos en sistemas de construcción, como cámaras de seguridad, acceso con tarjeta, infraestructura de TI, acceso inalámbrico a Internet, sistemas telefónicos, equipos AV (audiovisuales). y sistemas de reloj centralizados.

Muebles

Se trata de empresas y establecimientos que realicen actividades de diseño, fabricación y distribución de muebles tales como objetos de decoración o menaje del hogar. La fabricación moderna de muebles requiere una solución de fijación para unir materiales y asegurar la forma de los muebles. Los materiales comúnmente utilizados en esta industria que se adaptan a la aplicación de sujetadores son madera, aglomerado, madera contrachapada, madera maciza natural, plástico y metal o láminas de metal.

Electrónica

Esta industria tiene variaciones de subtipos que se consideran un factor amplio en el uso de variaciones de sujetadores. Los dispositivos y equipos electrónicos son casi esenciales para la forma de vida de esta generación. Esta industria es un sector que opera principalmente con el uso de energía electrónica para consumidores y establecimientos. Algunos de los dispositivos comunes que requieren sujetadores son la televisión, los transmisores de radio, las computadoras, los teléfonos, los teléfonos inteligentes, las calculadoras, las cámaras digitales, la electrónica automotriz, los equipos de audio y más.

Maquinaria industrial

Este sector pertenece a una industria amplia que implica la fabricación, el diseño, la distribución y el envío de productos a otras empresas que suministran a los consumidores minoristas y finales. Con el amplio alcance de impulsar el crecimiento en la producción y la confiabilidad para los compradores, el sector industrial es la industria definitiva que utiliza sujetadores para la sostenibilidad.

5 sectores económicos principales:

1. Primario – sector que trabaja con materias primas. Las industrias comunes en este sector son la agricultura, la minería, la silvicultura, la explotación de canteras y la pesca.
2. Secundario: el sector industrial utiliza y crea productos del sector primario para empresas y distribuidores.
3. Terciario: es el sector de servicios, ya que siguen a los sectores primario y secundario al vender los productos terminados directamente a los consumidores. Las industrias incluyen el comercio minorista, la banca, el transporte, el turismo y la atención médica.
4. Cuaternario: es un subsector del sector terciario que se centra en el desarrollo intelectual. industrias comunes; son bibliotecas, centros de investigación, instituciones académicas, organizaciones de investigación científica y el gobierno.
5. Quinario: es otro subconjunto del sector terciario y se considera el sector final que incluye industrias que generan un impacto en la sociedad.

Industria manufacturera

Esta industria involucra diferentes tipos de capacidades de fabricación, y muchas de estas organizaciones son usuarios principales de maquinaria y equipos que requieren sujetadores. Hay ejemplos más amplios de requisitos de sujeción en esta industria, pero en general se encuentran y se conocen comúnmente en todos los aspectos de esta industria.

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