Fijadores de roscas:una guía de adhesivos de bloqueo de roscas

Inventados hace más de 2000 años, los sujetadores roscados siguen siendo el hardware desmontable más importante utilizado en el diseño y montaje de maquinaria. Se pueden encontrar en prácticamente cualquier componente mecánico, y con frecuencia unen piezas muy críticas.

Con más de 300 mil millones de sujetadores que se consumen en los EE. UU. Cada año en aplicaciones de ensamblaje, desde automóviles y aviones hasta electrodomésticos, es crucial que estos sujetadores proporcionen un rendimiento uniforme y predecible al permanecer apretados una vez instalados.

A pesar de siglos de mejora, los sujetadores roscados todavía fallan. La falla del sujetador se debe a una de dos causas. La relajación de la tensión con frecuencia es causada por cambios de temperatura e implica la expansión y contracción de los pernos y los materiales del sustrato, lo que reduce la tensión de los pernos y la fuerza de sujeción en el ensamblaje.

Una segunda causa de falla del sujetador es el autoajuste, que es causado por el movimiento de deslizamiento lateral entre las superficies de contacto del sujetador. Si bien muchos métodos mecánicos, como arandelas de resorte, retenedores de cables y pernos de bloqueo, se han desarrollado en un esfuerzo por evitar el aflojamiento incontrolado de los sujetadores, los métodos de bloqueo mecánicos agregan un costo sustancial al conjunto de sujetadores y no pueden evitar el movimiento deslizante que causa el auto aflojamiento. .

Los adhesivos químicos para bloqueo de roscas pueden prevenir de manera económica y permanente la falla de los sujetadores roscados. Introducidos hace casi 50 años por Loctite Corporation, estos adhesivos anaeróbicos de un solo componente son resinas líquidas únicas que se endurecen (o curan) a un sólido resistente cuando se exponen a iones metálicos en ausencia de aire.

Este mecanismo de curado anaeróbico permite que el adhesivo fluya y se asiente uniformemente para llenar las ranuras de los sujetadores roscados sin curar prematuramente. Cualquier exceso de fijador de roscas que se desborde durante la aplicación permanecerá líquido y, por lo tanto, se puede limpiar fácilmente.

A medida que cura un fijador de roscas líquido, forma cadenas de polímero que se abren paso en cada pequeña imperfección de las roscas. La fricción de la rosca aumenta con la aplicación de fijadores de roscas como resultado de las conexiones interfaciales que influyen en la rugosidad de la superficie del metal.

El adhesivo llena completamente los huecos microscópicos entre las roscas de la interfaz para bloquear y sellar positivamente los conjuntos roscados, evitando el movimiento lateral y protegiendo la junta de la corrosión que puede resultar de la humedad, los gases y los fluidos.

Solo unas pocas gotas de fijador de roscas líquido mantendrán un sujetador apretado en un conjunto hasta que el usuario quiera que se separe. Mientras que los fijadores de roscas proporcionan un contacto del 100 por ciento entre las piezas metálicas, un conjunto típico de tuerca y perno puede tener tan solo un 15 por ciento de contacto de metal con metal.

Los adhesivos de bloqueo de roscas son materiales altamente confiables y de bajo costo que mejoran el control de torque, reducen el desgaste y brindan lubricidad para lograr un torque controlado durante el ensamblaje. Disponibles en diferentes resistencias para diferentes aplicaciones, los fijadores de roscas mantendrán presiones de carga de sujeción críticas incluso en los entornos más severos. Estos adhesivos ofrecen alta resistencia al cizallamiento, buena resistencia a la temperatura, curado rápido, fácil dispensación y buena resistencia a las vibraciones.

Factores a considerar al seleccionar fijadores de roscas

Se deben considerar varios factores para garantizar la selección del adhesivo de bloqueo de roscas adecuado para una aplicación. En determinadas aplicaciones, los pernos deben ser extraíbles y reutilizables para el mantenimiento y la reparación continuos del equipo. Contrariamente a la creencia común, cualquier perno que haya sido bloqueado con adhesivo de bloqueo de roscas puede reutilizarse quitando el adhesivo viejo antes de aplicar el nuevo y volver a ensamblar.

Los fijadores de roscas están disponibles en formulaciones de baja resistencia para una fácil remoción, grados de resistencia media que se pueden remover usando herramientas manuales comunes y formulaciones de alta resistencia que ofrecen las más altas capacidades de sujeción. Sin embargo, ningún fijador de roscas es permanente; Incluso los fijadores de roscas de mayor resistencia se pueden quitar con herramientas manuales estándar después de una exposición directa a temperaturas de 450 grados Fahrenheit.

La fuerza y ​​la viscosidad del adhesivo necesario para una aplicación están directamente relacionadas con el tamaño del sujetador utilizado. Los fijadores de roscas de baja resistencia se utilizan en tornillos de hasta un cuarto de pulgada de diámetro, como tornillos de ajuste y calibración, medidores, calibres y otros sujetadores que necesitarán un ajuste continuo.

Los materiales de resistencia media son para sujetadores de hasta tres cuartos de pulgada de diámetro utilizados en máquinas herramienta y prensas, bombas, compresores y como pernos de montaje. Los fijadores de roscas de alta resistencia se utilizan mejor en sujetadores de hasta una pulgada de diámetro que se encuentran en aplicaciones de ensamblaje permanente, como equipos pesados ​​y una variedad de montajes.

También se encuentran disponibles formulaciones de bloqueo de roscas penetrantes de baja viscosidad que se absorben fácilmente en sujetadores preensamblados de hasta media pulgada de diámetro.

Las condiciones de funcionamiento del entorno de uso final también dictan la fórmula de bloqueo de roscas que debe seleccionarse. Las tecnologías de bloqueo de roscas más nuevas ofrecen muchas ventajas que antes no estaban disponibles, incluidas variedades insensibles a la superficie, formulaciones para altas temperaturas, materiales químicamente resistentes y formulaciones diseñadas para resistir vibraciones extremas.

El tipo de metal usado en el sujetador también es crítico para el desempeño del adhesivo. Si el sujetador está hecho de dos metales inactivos, como acero inoxidable, zinc, magnesio, óxido negro, cadmio, aluminio anodizado o titanio pasivado, es posible que se requiera una imprimación para facilitar el curado. Sin embargo, si solo hay un metal inactivo, no se requerirá imprimación.

Aplicación de fijadores de roscas

Al aplicar adhesivos de bloqueo de roscas, el adhesivo debe mojar la longitud total del área de enganche de la rosca. La humectación adecuada depende del tamaño de la rosca, la viscosidad del adhesivo y la geometría de las piezas. Si las piezas son grandes, humedecer ambas caras proporciona la confiabilidad necesaria para una adecuada aplicación del adhesivo.

Para conjuntos de pernos y tuercas de orificio pasante, el sellador de roscas debe aplicarse solo donde la tuerca y el perno se unirán cuando el conjunto esté completamente apretado, ya que solo se curará el adhesivo entre las roscas. Para ensamblajes de orificio ciego, como tornillos de cabeza, se deben aplicar bloqueadores de roscas tanto en el perno como en las roscas coincidentes. Si se aplica adhesivo solo al perno, la presión del aire forzará al sellador de roscas líquido a escapar cuando se apriete el perno, lo que resultará en un curado incompleto y una posible falla en el ensamblaje.

Los adhesivos fijadores de roscas líquidos se pueden aplicar con sistemas de dispensación manuales, semiautomáticos o automáticos. Sin embargo, los recubrimientos de sujetadores aplicados previamente se están volviendo cada vez más populares como una alternativa a los métodos de dispensación de adhesivo manuales o automáticos. Los recubrimientos aplicados previamente tienen microcápsulas que contienen adhesivo que se aplica previamente a las roscas de un ensamblaje como una película seca.

Cuando se ensambla el sujetador, las cápsulas se trituran, liberando el fijador de roscas adhesivo. Además de los beneficios logísticos y de costo, el uso de pernos prerrecubiertos también ofrece ventajas para el aseguramiento de la calidad, ya que la cantidad de adhesivo dispensada para el recubrimiento es muy constante.

Los fijadores de roscas anaeróbicos se fijan en minutos a temperatura ambiente y curan completamente en 24 horas. El curado completo de los adhesivos anaeróbicos se puede lograr más rápidamente mediante una exposición breve al calor (por ejemplo, 30 minutos a 120 grados Celsius). En ensamblajes donde se requiere una imprimación o activador líquido para acelerar el curado, la imprimación se aplica a una o ambas superficies del sujetador antes de aplicar el adhesivo. No se requiere mezclar componentes.

Como regla general, los adhesivos de bloqueo de roscas anaeróbicos no deben usarse en ensamblajes roscados de plástico ya que puede ocurrir ablandamiento del sustrato o agrietamiento por tensión.

Nuevos desarrollos

Los mayores desafíos que enfrentan los adhesivos anaeróbicos tradicionales han sido:1) promover el curado en una amplia gama de sustratos metálicos y no metálicos que pueden estar contaminados con grasa o aceite, 2) exposición prolongada a temperaturas elevadas superiores a 300 grados F, y 3) exposición prolongada a altos niveles de estrés mecánico.

Ciertos materiales, como los aceites, pueden impedir o incluso evitar por completo que los adhesivos de bloqueo de roscas se curen por reacción anaeróbica, lo que requiere que los conjuntos se limpien bien antes de aplicar el adhesivo. Además, los sustratos pasivos como el dicromato de zinc / acero con revestimiento de fosfato, magnesio, cadmio, acero inoxidable, aluminio y plásticos termoendurecibles solo se pueden unir una vez tratando los materiales con imprimaciones a base de solventes antes de aplicar adhesivos anaeróbicos.

Se han desarrollado nuevas formulaciones de bloqueo de roscas insensibles a la superficie para que perdonen las superficies aceitosas y contaminadas, curando a pesar de los residuos que inhibirían el curado de los adhesivos de bloqueo de roscas tradicionales. Además, estos fijadores de roscas también están diseñados para curar más fácilmente en superficies inactivas, lo que reduce las aplicaciones donde se necesitan imprimaciones.

Los adhesivos de bloqueo de roscas tradicionales resisten temperaturas limitadas (menos -65 a más-300 grados F) sin fallar. Se han formulado nuevos adhesivos anaeróbicos que incorporan tecnología química patentada e innovadora para mantener su integridad a temperaturas de hasta 400 grados F. Estos productos son ideales para aplicaciones que soportan ciclos térmicos extremos, como ensambles automotrices y aeroespaciales.

Si bien los adhesivos anaeróbicos tradicionales de alta resistencia pueden soportar cierto nivel de vibración, la combinación de temperaturas de funcionamiento elevadas y una vibración continua fuerte suele resultar demasiado para los anaeróbicos convencionales. Se han diseñado nuevas fórmulas endurecidas para proporcionar un mejor rendimiento general bajo estrés térmico y mecánico extremo. Debido a que estos materiales son más resistentes que los anaeróbicos tradicionales, son menos sensibles a los impactos y pueden soportar una exposición prolongada a vibraciones intensas, fuerzas de rotación, cizallamiento y tracción.

Una aplicación de alto rendimiento

Ryobi Outdoor Products, un fabricante líder de cortadoras de hilo a gasolina para el mantenimiento del césped de los consumidores, estaba desarrollando un soplador de alta potencia diseñado para alcanzar velocidades de hasta 210 mph y funcionar a más de 8,000 rpm. En estas condiciones extremas de funcionamiento, los componentes del motor se sometieron a temperaturas de 500 a 600 grados F y a altas fuerzas vibratorias.

Sabiendo que las soluciones mecánicas convencionales no resolverían su desafío de ensamblaje, los ingenieros de diseño de Ryobi investigaron los fijadores de roscas anaeróbicos más nuevos disponibles. Nuevo en el mercado fue Loctite 266, un fijador de roscas de alta resistencia, insensible a la superficie, diseñado para fijarse en 40 minutos y curar completamente en tres horas. Debido a que el adhesivo toleraba el aceite y otros contaminantes superficiales leves, la aplicación fue rápida y fácil y no requirió preparación de la superficie.

En la línea de montaje de Ryobi, el adhesivo se aplicó a pernos de acero dicromatado con zinc que unen el silenciador a la culata y el cárter al cilindro. Tres horas más tarde, cada conjunto se probó con el acelerador completamente abierto durante seis minutos a 6.000 rpm antes de que fuera aprobado para su uso por parte del cliente.

“El curado rápido de este producto nos ha permitido realizar nuestras pruebas de motor al final de la línea de ensamblaje”, dice Bill Gest, vicepresidente de nuevos productos en Ryobi. “Esto nos permitió presentar nuestro nuevo soplador al mercado a tiempo, enviar nuestros productos más rápido y disminuir nuestros inventarios en proceso proyectados. Esta nueva unidad de soplador nos ha ayudado a mantener nuestra ventaja competitiva en un mercado muy competitivo ”.

Acerca del autor:
Mike Shannahan es el gerente de marketing de OEM en Loctite Corporation, una empresa de Henkel. Henkel opera en todo el mundo con marcas y tecnologías líderes en tres áreas comerciales:lavandería y cuidado del hogar, cosméticos / artículos de tocador y tecnologías adhesivas. Fundada en 1876, Henkel ocupa posiciones de mercado líderes a nivel mundial tanto en los negocios de consumo como industriales con marcas reconocidas como Persil, Schwarzkopf y Loctite. Henkel emplea a aproximadamente 50,000 personas y reportó ventas de $ 18,86 mil millones y una ganancia operativa ajustada de $ 1,84 mil millones en el año fiscal 2009. Para obtener más información, visite www.loctite.com.