viernes, 6 de diciembre de 2013
Roscado, Tuercas y Tornillos
¿QUE ES EL ROSCADO?
Un roscado
o rosca es una superficie cuyo eje
está contenido en el plano y en torno a él describe una trayectoria helicoidal cilíndrica.1
El roscado puede ser realizado con herramientas manuales o máquinas herramientas como taladradora, fresadoras y tornos. Para el roscado manual se utilizan machos y terrajas, que son herramientas de corte usadas para crear las roscas de tornillos y tuercas en metales, madera y plástico. El macho se utiliza
para roscar la parte hembra mientras que la terraja se utiliza para roscar la
porción macho del par de acoplamiento. El macho también puede utilizarse para
roscado a máquina.
Si se necesita producir grandes cantidades
de roscados tanto machos como hembras se utiliza el roscado por laminación según el
material con que esté construido.
Tipos
de Roscas
Además
de la gran división entre roscas cónicas y roscas cilíndricas, existe una
clasificación más detallada de las mismas, según su forma, la amplitud de sus
estrías (el paso) y otras características.
- Roscas de Paso Grueso: como su nombre lo indica, el paso, es decir, la amplitud de cada estría, es amplio. Por lo tanto, este tipo de rosca no tiene gran precisión en cuanto a la unión del elemento que se inserta (el macho) y la pieza hueca donde se instala (la hembra). Se utilizan para trabajos normales que requieran firmeza aunque no una unión tan estrecha.
- Roscas de Paso Fino: generan una mayor firmeza en la unión, y se utilizan sobre todo en mecánica, en la industria automotriz y vehicular en general.
- Roscas de Paso Extrafino: se utilizan cuando es requerida una mayor precisión, como en el caso de elementos que deben unirse a paredes delgadas.
- Roscas de Ocho Hilos: se denominan así porque su paso consiste en ocho estrías por pulgada; estas roscas son las indicadas para tuberías de agua y otros fluidos. Las características de su superficie permiten mayor resistencia a la presión y evitan las fugas de gases y líquidos.
Según
la forma de cada hilo o estría, las roscas pueden ser: en V, redondeadas,
cuadradas, Witworth (cuya forma es de trapecio) y trapezoidales.
Denominaciones
de las Roscas Más Comunes
Existe
gran variedad de roscas. Entre las más usuales, pueden destacarse las
siguientes:
- BSP: rosca
Witworth Gas.
- BSF: rosca
Witworth de paso fino.
- BSPP: rosca
Witworth cilíndrica, utilizada para tubos.
- BSPT: rosca
Witworth cónica para tubos.
- NPS: rosca
americana cilíndrica; se utiliza para la unión de tubos.
- NPT: rosca
americana cónica para tubos.
Roscado en máquina
Fresadora
Cuando se requiere que alguna rosca sea muy precisa
se rectifica con rectificadoras en centros de mecanizado (CNC), que permiten realizar perfiles de todos los sistemas de roscado y
además tienen una gran precisión pues son máquinas dirigidas por un software al que un operador le añade parámetros,
disminuyendo costos y simplificando la labor.
El fresado de roscas permite roscar materiales de
mayor dureza y desarrollar velocidades de corte y avance muy superiores al roscado
con macho. También puede realizar varias operaciones en los orificios, como taladrar un orificio, hacerle un chaflán, mecanizar la rosca y ranurar el final de la misma. Puede hacer que la rosca llegue más cerca del
fondo de un orificio ciego, e incluso roscar agujeros de diferentes dimensiones
en la misma pieza.
Un macho solo puede producir "el sentido"
de la rosca —derecho o izquierdo— que ha sido tallado en la herramienta. Pero
la fresadora puede producir roscas en ambos sentidos cambiando la programación
CNC.
El control de las virutas mejora mucho con el
fresado de roscas. Además la fresa de roscar se puede ajustar radialmente para
conseguir una tolerancia distinta de la teórica o para alargar la vida de la
herramienta.
Torno
El
torneado de roscas se realiza
frecuentemente en tornos CNC, con herramientas de metal duro con plaquita intercambiable que ya tienen adaptado
el perfil de la rosca que se trate de mecanizar.2
Los
intervalos de avance de la máquina deben coincidir con el paso de las mismas,
lo que se logra con la programación de los tornos CNC. El torneado con
plaquitas intercambiables se realiza haciendo varias pasadas de corte a lo
largo de toda la longitud de la rosca, dividiendo la profundidad total de la
rosca en pequeñas pasadas.
Roscado por laminación
Cuando
se requieren producir grandes cantidades de piezas roscadas se recurre a la laminación en lugar del arranque de viruta. En este método las fibras del material no son
cortadas sino desplazadas. Esto reduce el tiempo de fabricación, extendiendo la
durabilidad de las herramientas, además de reducir los sobrantes de material.
El
roscado por laminación se puede realizar en varios tipos de tornos, centros de
mecanizado y tornos CNC. Aquí se toma en cuenta el diámetro de los flancos de
la rosca. Las características mecánicas y funcionales de los tornillos con
rosca métrica, cementados y revenidos se encuentra en la norma UNE-EN ISO 7085:2000.
Tuercas
La tuerca puede describirse como un orificio redondo
roscado (surco helicoidal tallado en el interior del orificio) en el
interior de un prisma y trabaja siempre asociada a un tornillo
Si se practica un orificio redondo en un operador y después se rosca, tendremos, a todos los efectos, un operador que hace de tuerca (aunque no sea una tuerca propiamente dicha).
Las tuercas pueden
adoptar diferentes formas (prismática, cilíndrica, etc.), cada una
de ellas para unas aplicaciones determinadas, escogiendo la más
adecuada a nuestras necesidades; no obstante, la tuerca hexagonal
es de uso general.
Al igual que en
los tornillos, en las tuercas que presentan una forma prismática,
para una mayor facilidad de manejo y conservación, se eliminan los
vértices de las caras externas por medio de un mecanizado, denominado
biselado, que consiste en un torneado cónico a 120º. Este biselado
origina unas aristas hiperbólicas en las caras de la tuerca; aunque,
al realizar su representación, se pueden aproximar en forma de arcos
de circunferencia.
Las tuercas pueden adoptar diferentes formas (prismática, cilíndrica, etc.), cada una de ellas para unas aplicaciones determinadas, escogiendo la más adecuada a nuestras necesidades; no obstante, la tuerca hexagonal es de uso general.
Al igual que en los tornillos, en las tuercas que presentan una forma prismática, para una mayor facilidad de manejo y conservación, se eliminan los vértices de las caras externas por medio de un mecanizado, denominado biselado, que consiste en un torneado cónico a 120º. Este biselado origina unas aristas hiperbólicas en las caras de la tuerca; aunque, al realizar su representación, se pueden aproximar en forma de arcos de circunferencia.
Identificación de las tuercas
Existen 4 características básicas para identificar una tuerca:
- El número de caras. En la mayoría de las tuercas suele ser 6 (tuerca hexagonal) ó 4 (tuerca cuadrada). Sobre estos modelos básicos se pueden introducir diversas variaciones. Un modelo de tuerca muy empleado es la palomilla (rueda de las bicicletas, tendederos de ropa, etc.), que contiene dos planos salientes para facilitar el giro de la tuerca empleando solamente las manos.
- El grosor de la tuerca.
- El diámetro del tornillo que encaja en ella, que no es el del agujero sino el que aparece entre los fondos de la rosca.
- El tipo de rosca que tiene que coincidir con el del tornillo al que se acopla.
Las tuercas se aprietan generalmente con llaves de boca fija, adaptadas a las dimensiones de sus caras. Cuando se requiere un par de apriete muy exacto se utiliza una llave dinamometrica. En los montajes industriales se utilizan para el apriete rápido herramientas neumáticas. Para apretar tuercas no es aconsejable utilizar tubos o palancas porque se puede romper el tornillo o deteriorarse la rosca.
DESIGNACIÓN
Básicamente, la designación de una tuerca incluye los siguientes datos: tipo de tuerca según su forma, designación de la rosca y norma que la define. A estos datos se pueden añadir otros, referentes a la resistencia del material, precisión, etc.
TORNILLOS
El tornillo es un operador que deriva directamente del plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado.
Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro (si está tallado sobre un un cilindro afilado o un cono tendremos un tirafondo).
Partes de un tornillo
En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca:
La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle un movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados; el cuello es la parte del cilindro que ha quedado sin roscar (en algunos tornillos la parte del cuello que está más cercana a la cabeza puede tomar otras formas, siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la rosca es la parte que tiene tallado el surco.
Además cada elemento de la rosca tiene su propio nombre; se denomina filete o hilo a la parte saliente del surco, fondo o raíz a la parte baja y cresta a la más saliente
Rosca derecha o izquierda
Según se talle el surco (o, figuradamente, se enrolle el plano) en un sentido u otro tendremos las denominadas rosca derecha (con el filete enrollado en el sentido de las agujas del reloj) o rosca izquierda (enrollada en sentido contrario).
Rosca sencilla o múltiple
Se pueden tallar simultáneamente uno, dos o más surcos sobre el mismo cilindro, dando lugar a tornillos de rosca sencilla, doble, triple... según el número de surcos tallados sea uno, dos, tres...
La más empleada es la rosca sencilla, reservando las roscas múltiples para mecanismos que ofrezcan poca resistencia al movimiento y en los que se desee obtener un avance rápido con un número de vueltas mínimo (mecanismos de apertura y cierre de ventanas o trampillas).
Identificación
Todo tornillo se identifica mediante 5 características básicas: cabeza, diámetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca.
La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle el movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados (Los más usuales son llaves fijas o inglesas, destornilladores o llaves Allen). Las más usuales son la forma hexagonal o cuadrada, pero también existen otras (semiesférica, gota de sebo, cónica o avellanada, cilíndrica...).
- El diámetro es el grosor del tornillo medido en la zona de la rosca. Se suele dar en milímetros, aunque todavía hay algunos tipos de tornillos cuyo diámetro se da en pulgadas.
La longitud del tornillo es lo que mide la rosca y el cuello juntos
- El perfil de rosca hace referencia al perfil del filete con el que se ha tallado el tornillo; los más empleados son:
Las roscas en "V" aguda suelen emplearse para instrumentos de precisión (tornillo micrométrico, microscopio...); la Witworth y la métrica se emplean para sujeción (sistema tornillo-tuerca); la redonda para aplicaciones especiales (las lámparas y portalámparas llevan esta rosca); la cuadrada y la trapezoidal se emplean para la transmisión de potencia o movimiento (grifos, presillas, gatos de coches...); la dientes de sierra recibe presión solamente en un sentido y se usa en aplicaciones especiales (mecanismos dónde se quiera facilitar el giro en un sentido y dificultarlo en otro, como tirafondos, sistemas de apriete...).
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Es importante aclarar que según el perfil de la rosca se define el tipo
de rosca. Los más comunes para sujeción son Withworth y métrica.
Estos tipos de rosca están normalizados, lo que quiere decir que las
dimensiones de diámetro, paso, ángulo del filete,
forma de la cresta y la raiz, etc... ya están
predefinidas.
La rosca métrica se nombra o designa mediante una M mayúscula
seguida del diámetro del tornillo ( en milímetros). Asi, M8 hace
referencia a una rosca métrica de 8 mm de grosor.
Si el tornillo es métrico de rosca fina (tiene
un paso menor del normal), la designación se hace añadiendo el paso a la nomenclatura
anterior. Por ejemplo, M20x1,5 hace referencia a un tornillo
de rosca métrica de 20 mm de diámetro y 1,5 mm de paso.
Utilidad
El tornillo es en realidad un mecanismo de
desplazamiento (el sistema tornillo-tuerca transforma un movimiento
giratorio en uno longitudinal), pero su utilidad básica es la de unión
desmontable de objetos, dando lugar a dos formas prácticas de
uso:
Combinado con una tuerca permite comprimir entre esta y la
cabeza del tornillo las piezas que queremos unir. En este caso
el tornillo suele tener rosca métrica y es usual colocar
arandelas con una doble función: proteger las piezas y evitar que la unión se
afloje debido a vibraciones. Lo podemos encontrar en la sujeción de farolas o
motores eléctricos, abrazaderas, estanterías metálicas desmontables...
Empleando como tuerca las propias piezas a sujetar. En este caso
es usual que el agujero de la pieza que toca la cabeza del tornillo se taladre
con un diámetro ligeramente superior al del tornillo, mientras que la otra
pieza (la que hace de tuerca) esté roscada. Se emplea para sujetar chapas
(lavadoras, neveras, automóviles...) o piezas diversas (juguetes,
ordenadores...) sobre estructuras.
DESIGNACIÓN
Básicamente
en la designación de los tornillos se incluyen los siguientes datos:
- tipo de
tornillo según la forma de su cabeza
-
designación de la rosca: M16 X 2
- longitud
- norma que
lo define
Ejemplo:
Tornillo
hexagonal d1=M16 x 2 DIN 934 – m8
↓
↓ Resistencia (calidad)
↓ Resistencia (calidad)
Designación de la rosca
M-16
es una rosca de 16mm de diámetro exterior, y la tuerca que corresponde a esa
rosca tiene 24mm entre caras.
TIPOS DE TORNILLOS Y ALGUNOS EJEMPLOS DE LLAVES
- Tornillo
de cabeza hexagonal
Unión de
piezas con gran apriete.
NORMAS:
- DIN: 532, 558, 601,
931, 933, 960, 961, 6914, 7964
- UNE-EN: 24015
- UNE-EN
ISO
- 4014,
4016, 4017, 4018, 5876, 8765
- Tornillo
de cabeza hexagonal con valona
Con la
valona que lleva este tornillo, no hay necesidad de utilizar una arandela entre
la cabeza del tornillo y la pieza a unir.
NORMAS
- UNE-EN:
1662, 1665, 14219
- Tornillo
de cabeza hexagonal con pivote
Con la ayuda
de un pasador inmoviliza la pieza con un gran apriete
NORMAS
- DIN:
560, 561
- Tornillo
de cabeza hexagonal con extremo en punta
También se
le denomina tornillo prisionero porque une las piezas impidiendo cualquier tipo
de movimiento
- Tornillos
de cabeza ranurada
En un
avellanado es posible ocultar la cabeza sin necesidad de un gran apriete.
NORMAS
- DIN:
63, 64, 68, 84, 85, 86, 87, 88, 91, 404, 920, 921, 922, 923, 925, 963, 964,
7969
- UNE-EN
ISO: 1207, 1580, 2009, 2010
- Tornillos
de cabeza con ranura cruciforme
En un
avellanado es posible ocultar la cabeza sin necesidad de un gran apriete.
NORMAS
- DIN:
966, 7985, 7986, 7987, 7988
- UNE-EN
ISO: 7045,7046, 7047, 7048
- Tornillo
de cabeza con prisionero
Se necesita
un taladro para inmovilizar el tornillo sin roscar
NORMAS
-
DIN: 604, 607, 792
- Tornillos
con cuello cuadrado
Se necesita
un taladro para inmovilizar el tornillo sin roscar.
NORMAS
- DIN: 603, 605, 608
- Tornillo
con cabeza de martillo
Fijación de
máquinas por medio de ranuras en T.
NORMAS
- DIN: 138, 188, 251
-
UNE: 1721
- Tornillo
con cabeza redondeada
Sirven para
montajes y desmontajes manuales sin necesidad de un gran apriete.
NORMAS
-
DIN: 434, 435, 563
- Tornillo
de mariposa
Se utiliza
para piezas que se montan y desmontan con gran frecuencia. Sirve para hacer
uniones sin gran apriete.
NORMAS
-
DIN: 314, 316
- Tornillos
autorroscantes para chapa
La rosca la
realiza el propio tornillo al introducirse en la chapa metálica de pequeño
espesor o de material blando (plástico).
NORMAS
-
DIN: 6901, 7513, 7516, 7971, 7972, 7973, 7974, 7976, 7978, 7879, 7981, 7982,
7983
-
UNE: 1706, 17010, 17011, 17017
-
UNE-EN ISO: 1479, 1481, 1482, 1483, 7049, 7050, 7051, 10510, 14585, 14586,
14587, 15480, 15481, 15482, 15483
- Tirafondos
La rosca la
realiza el propio tornillo al introducirse en la madera
NORMAS
-
DIN: 95, 96, 97, 570, 571, 7995, 7996, 7997
-
UNE: 17023, 17024, 17025, 17027, 17028, 17094
LLAVES:
Para fijar los tornillos adecuadamente en cada situación, se
necesitan llaves. Por ello, a continuación se muestran algunas de estas llaves
y un posible ejemplo de uso:
- LLAVE
COMBINADA DE CARRACA ARTICULADA
Es capaz de realizar aprietes de tornillos que otras llaves no
pueden debido al especial diseño de su cabeza, que le permite girar hasta
90º adaptándose a zonas de difícil acceso. (Ver imagen superior).
Al tener 72
dientes, con tan solo 5º permite realizar aprietes precisos en zonas con escaso
espacio y movilidad.
- LLAVE
ACODADA
Tiene sus bocas posicionadas a 75º. Esto facilita el acceso
a zonas en las que el tornillo está más bajo que la superficie de alrededor.
- LLAVE
FIJA DE BOCA ABIERTA
se utilizan fundamentalmente para acceder a tornillos que
están roscados y que con una llave de boca cerrada no se puede acceder. Por
ejemplo cuando una tuerca se encuentra en el centro de un tubo instalado
que no tiene acceso desde ninguno de los extremos
- LLAVE COMBINADA DE CARRACA REVERSIBLE
Gracias a la pestaña de cambio de sentido de la llave combinada de carraca reversible
es posible realizar aprietes en lugares extremadamente reducidos donde
las llaves normales no tienen el suficiente espacio. Además, tiene sus
bocas posicionadas a 15º para más fácil apriete.
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