Los mejores consejos de los expertos en empernado

Bolted tuvo la oportunidad única de reunirse con el doctor Tomotsugu Sakai, el más destacado experto japonés en el ámbito del empernado. Su libro Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications (“Ingeniería de uniones empernadas: principios y aplicaciones”) sigue cosechando una estupenda acogida como la obra definitiva en lo concerniente a las fijaciones de pernos.

¿Cómo definiría la sujeción ideal, un tema que también aborda en su libro?
“Lo ideal sería que la sujeción se basara en cierres estándar y fácilmente accesibles, no en piezas de diseño específico. Aún más importante: la fijación ideal debe garantizar un diseño de empernado que no origine ningún tipo de fallo. Toda la concepción del producto queda invalidada con solo producirse un fallo. Debes prestar atención a cada uno de los aspectos. Para mí, lo principal es la ‘evaluación sin omisión alguna’”.

¿Ofrece el uso de lubricantes una ventaja en la fijación por pernos?
“Sí, si los objetos unidos no se deslizan el uno contra el otro, la reducción del coeficiente de fricción es beneficiosa en todos los aspectos. Si los elementos fijados se insertan en un ‘entorno de aflojamiento’ es más probable que se suelten con un coeficiente de fricción bajo, pero ello no desemboca necesariamente en aflojamiento”.

“Se hallarán en un ‘entorno de aflojamiento’ si se someten reiteradamente a un deslizamiento mutuo con una fuerza que rebase un umbral determinado”.

¿Cómo causan las fuerzas externas deslizamiento en función de la dirección de cizallamiento, la dirección axial y la torsión?
“Si se aplica una fuerza externa en la dirección de cizallamiento originará un deslizamiento. Si, por el contrario, se ejerce en la dirección axial, los objetos fijados se distanciarán el uno del otro, es decir, se obtendrá una separación. Bajo estas condiciones, cuanto menor sea el coeficiente de fricción, más probable es que se produzca un aflojamiento”.

“Al escribir Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications apliqué una visión convencional del fenómeno del deslizamiento, explicando el escurrimiento de los objetos fijados sobre la superficie de contacto, lo que se conoce como ‘macrodeslizamiento’. Esto puede observarse a simple vista, ya que dicho tipo de deslizamiento solo necesita ser de 0,1 mm para su confirmación visual. En torno a 1988 se descubrió que ocurre un ‘microdeslizamiento’ invisible con anterioridad al ‘macrodeslizamiento’, y que genera rotación, pero esta es tan ínfima que, se produzca o no en la dirección de aflojamiento, no puede confirmarse ocularmente. Dicho fenómeno de ‘microdeslizamiento’ disminuye gradualmente la fuerza axial. Fue presentado en un artículo en el Journal of the Japan Society for Precision Engineering”.

”Si los elementos unidos están en contacto mutuo, los experimentos convencionales no son capaces de calibrar el índice de deslizamiento de una sección determinada de la superficie de contacto ni de otras secciones, pero todos estos valores pueden calcularse recurriendo al método de los elementos finitos (MEF), el cual viene utilizándose dentro de la industria de los cierres desde aproximadamente el inicio del milenio. A día de hoy lo aplican la mayor parte de las investigaciones sobre cierres roscados. Un artículo de 2006 de, entre otros, el doctor Satoshi Izumi, anunció que se había detectado un aflojamiento rotacional gradual en el microdeslizamiento (diminuto e invisible) más que en el macrodeslizamiento (evidente y apreciable a simple vista). Me quedé estupefacto cuando leí por primera vez el artículo, donde se afirmaba que si el microdeslizamiento es reiterado provoca un aflojamiento rotacional de un ínfimo grado por cada mil ocasiones, es decir, de una milésima de grado en cada instancia. Una rotación de una milésima de grado no es en absoluto apreciable por el ojo humano. El método de los elementos finitos permite estudiarla perfectamente, quedando demostrado que el microdeslizamiento produce un aflojamiento rotacional. ¡Comprendí que tenía un problema! [Risas] Estos resultados sacudieron drásticamente el concepto de cantidad crítica de deslizamiento”.

“Había creído que el microdeslizamiento propiciaba naturalmente un desgaste abrasivo, pero no pensé que pudiera causar un aflojamiento rotacional. En aquella época no tenía forma de comprobarlo. Fue una experiencia que me abrió los ojos”.

FICHA: Microdeslizamiento
Un deslizamiento no apreciable a simple vista que reduce gradualmente la fuerza de agarre y puede terminar provocando un aflojamiento rotacional visible (macrodeslizamiento). Los asentamientos y relajación del material también pueden disminuir la fuerza de agarre. El Grupo Nord-Lock ha desarrollado las arandelas de serie X, que gestionan ambas formas de deslizamientos neutralizando todo tipo de pérdida de fuerza de sujeción con un efecto de resorte, al tiempo que su efecto cuña impide que el perno se suelte espontáneamente.

FICHA: Doctor Tomotsugu Sakai

• 1941 – Nace en la ciudad japonesa de Okazaki.
• 1979 – Tras trabajar para la Toyota Motor Corporation obtiene su título de doctor en Ingeniería dedicándose fundamentalmente al control, investigación y desarrollo de la resistencia y durabilidad de distintos componentes de automóviles.
• 2001 – Pasa a la Toyota Techno Service Corp, centrando su labor en la formación y asesoría técnica sobre sistemas de fijación roscados.
• 2007 – Se retira para crear la Sakai Consulting Office on Bolted Joint Engineering, donde ofrece formación y asesoría técnica en el ámbito de la fijación de pernos, labor que desempeña hasta el día de hoy.