Caracol (ingeniería)

De Encydia

Tornillos en una gran variedad de tipo y medidas para diferentes propósitos. Un cuarto de dólar (diámetro de 24 mm) para ver la escalera.

Un tornillo, caracol, vis o perno, es un elemento mecánico utilizado para hacer una unión desmontable de piezas diferentes. También se puede utilizar como elemento de transmisión mecánica.[hace falta citación]
Básicamente es un cilindro con rosca helicoidal y ninguno, frecuentemente acompañado de la correspondiente rosca.[1]

El tornillo es un operador que deriva directamente del plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscat.[2] Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera.

Esquema gráfico de un acoplament de tornillo y rosca métrica

La rosca métrica está basada en el Sistema Internacional SI y es una de las roscas más utilizadas en el ensamblaje de piezas mecánicas. El juego que tiene en los vértices del acoplament entre el tornillo y la rosca permite el engreix. Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:

  • La sección del filet es un triángulo equilátero el ángulo del cual vale 60º
  • El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada
  • El lado del triángulo es igual al paso
  • El ángulo que forma el filet es de 60º
  • es la distancia entre dos puntos homólogos. Ejemplo: entre las crestas contiguas.
  • Su diámetro exterior y el avance se miden en milímetros, siendo el avance la longitud que avanza en dirección axial el tornillo en una vuelta completa.
  • Se expresa de la siguiente forma: ejemplo: M24 x 2 x 60. La M significa rosca métrica, 24 significa el valor del diámetro exterior en mm, 2 significa el paso en mm y 60 significa la longitud de la rosca en mm.

Características de la rosca Whitworth

Clave de bocas fijas

Artículo principal: Clave (enser)

A partir de determinados diámetros, el normal es que la cabeza de los tornillos comerciales sea hexagonal, principalmente los cuales enroscan en piezas metálicas o en su correspondiente rosca. Hay varios tipos de tornillos comerciales de ningún hexagonal fabricados según normas DIN que difieren unos de otros en la longitud de la rosca que tienen sus cañas.[7]

Tornillos comerciales con ningún Allen

Juego de claves Allen

Artículo principal: Clave Allen

Igual que con las cabezas hexagonales hay varios modelos de tornillos con ningún Allen todos ellos normalizados según las normas DIN correspondiente. Los tornillos con ningún hexagonal se utilizan principalmente cuando se desean superficies lisas y las fuerzas de estrenyament no son muy elevadas.[8]

Tornillos para estrechamiento con destornillador

Artículo principal: Destornillador

Destornillador eléctrico

Con los modernos destornilladores eléctricos y neumáticos que existen el uso de tornillos de autorroscat se utiliza mucho en los diversos tipos de carpintería tanto de madera como metálica puesto que es un sistema rápido de encargolat. En el encargolat de piezas metálicas se utiliza menos porque el par de estrechamiento que se ejerce es bajo y está expuesto al hecho que se afloje durante el funcionamiento de la máquina.

Caracol de banco

Fabricación de tornillos

Los tornillos son elementos presentes en casi todos los campos de construcciones metálicas, de madera u otras actividades, por eso hay muchos tipos, medidas, y procesos de fabricación.

Desde el punto de vista de la utilización se pueden citar los siguientes tipos de tornillos.

  • ‘Caracoles para usos generales’
  • ‘Caracoles de miniatura’
  • ‘Caracoles de alta resistencia’
  • ‘Caracoles inviolables’
  • ‘Caracoles de precisión’
  • ‘Caracoles grandes o especiales’
  • ‘Caracoles de titanio’

Tornillos para usos generales

Tornillo calidad 8.8

La producción actual de cargoleria está muy automatizada tanto en cuanto a la estampación de la cabeza como el laminado de la rosca. Por lo tanto es fácil encontrar en los establecimientos especializados el tornillo que se necesite, siempre que esté dentro de la gama normal de fabricación.

Los tornillos normales diferencian su calidad en función de la resistencia mecánica que tienen. La Norma (EN ISO 898-1) establece el siguiente código de calidades 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 y 12.9. Los fabricantes están obligados a estampar en la cabeza de los tornillos la calidad a la cual pertenecen.

En cuanto a dimensiones todas están normalizadas por normas DIN, y los tamaños disponibles, en rosca métrica por ejemplo con ningún hexagonal oscila entre M3 y M30, la longitud de los tornillos estándar es variable en un escalón de 5 mm, desde un mínimo a un máximo según sea su diámetro. Sin embargo si fuera necesario disponer de forma esporádica de tornillos de más longitud, se fabrican unas varillas roscades de 1 m de longitud, donde es posible cortar a la longitud que se desee obtener y con una fijación de dos roscas por los extremos realizar la fijación que se desee.

Tornillos de miniatura

Juego de destornilladores de precisión

Con el desarrollo de componentes electrónicos cada vez más pequeños ha sido necesario desarrollar y fabricar cargoleria especialmente pequeña, este tipo de tornillos se caracteriza para ser autorroscant en materias blandas tales como plásticos, y su cabeza es adaptada para ser accionados por destornilladores muy pequeños y de precisión, el material de estos tornillos puede ser de acero inoxidable, acero normal o lató.

Tornillos de alta resistencia

Los tornillos de alta resistencia se designan por las letras TR, seguidas del diámetro de la caña y la longitud del vástago, separados por el firme x; seguirá el tipo de acero del que están construidos
Las roscas se designarán con las letras MR, el diámetro nominal y el tipo del acero.

Las características del acero utilizado para la fabricación de los tornillos y roscas definidos como de alta resistencia están normalizadas.

El fabricante de este tipo des ve obligado a entregar un certificado de garantía por el que no se hace necesario los ensayos de recepción, salvo que el Pliegue de Prescripciones Técnicas Particulares los imponga.

Los tornillos de alta resistencia llevarán en la cabeza, marcadas en relieve, las letras TR, la designación del tipo de acero, y el nombre o signo de la marca registrada del fabricante.

Sobre una de sus bases, las roscas de alta resistencia llevarán, marcadas en relieve, las letras MR, la designación del tipo de acero, y el nombre de la marca registrada del fabricante.[9]

Alternativamente, con la aparición de los Eurocodis en los últimos años, la nomenclatura de Tornillos de Alta Resistencia sin pretensar ha pasado a ser Métrica longitud clase de resistencia, donde la clase se compone de dos números separados por un punto. El segundo de ellos indica el valor nominal del límite de rotura por 100 (fub) en MPa, y el producto de los mismos por 10 el valor nominal del límite elástico (fyb) en MPa.

Por ejemplo, M18x120 10.9 indica un tornillo de alta resistencia métrica 18, longitud nominal 120 mm, límite de rotura 1000 MPa y límite elástico 900 MPa.

Otros ejemplos de clases de resistencia normalizados son 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9

Tornillos de precisión

Los tornillos de precisión se instalan cuando las presiones, esfuerzos y velocidades de los procesos exigen uniones más fuertes y tornillos más fiables que eviten fallos que puedan desencadenar una avería en la máquina o estructura donde van instalado.

Estos tornillos se caracterizan para tener una resistencia extra a los esfuerzos de tracción y fatiga. La resistencia media que pueden tener estos tornillos es de 1300 N/mm² frente a los 1220 N/mm² que tienen los de la gama ordinaria.

Esta gran resistencia posibilita el montaje de tornillos de dimensiones más pequeñas o menos tornillos, ahorrando espacio, material y tiempo.

El perfil del filet de estos tornillos es redondeado eliminando la punta V aguda que es la causa principal del fallo de muchos tornillos.[10]

Tornillos inviolables

Tornillo de grandes dimensiones

Los tornillos inviolables son un tipo de cargoleria especial que una vez encargolats en el lugar correspondiente ya es imposible quitarlos, salvo que se fuercen y rompan. Esto es gracias al diseño que tiene la cabeza que es inclinada en su interior, de forma tal que si se intenta aflojar sale la clave sin conseguirlo. Son tornillos llamados antivandàlics y son muy utilizados en trabajos de manyeria que van con acceso en las calles o lugares donde pudieran actuar personas con malas ideas. Igual que se fabrican tornillos inviolables también se fabrican roscas inviolables. Las normas de estos tornillos de rosca métrica corresponden a la ISO-7380 e ISO-7991 y se fabrican con ninguna Allen y con ninguna Torx.[11]

También se utilizan algunos a los cuales se los acopla un sello al frente, impidiendo introducir una clave para aflojarlo. Estos tornillos se venden con su tapa correspondiente, y suelen ser para clave Allen. Como solución temporal o improvisada, se pueden introducir a golpe de martillo unos plomets redondos de pesca en el mismo lugar.

Tornillos grandes o especiales

Artículo principal: Perno de anclaje

Con las tecnologías modernas actuales es posible fabricar aquellos tornillos que por sus dimensiones se salgan de la producción estándar. Para estos casos siempre se tiene que actuar según las especificaciones técnicas que tenga el tornillo que se desea fabricar, tamaño, material, calidad, etc.

Tornillos de titanio

  • Titanio quirúrgico: una de las mejores propiedades que tiene el titanio es que no es tóxico en contacto con el organismo de las personas, lo cual, unido a sus calidades mecánicas de dureza , poco peso y resistencia mecánica, han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad como prótesis articularas, implantes dentales, componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapassos , claves o placas de osteosíntesi para la recuperación de fracturas óseas, además de otros muchos productos.
Uno de los elementos imprescindibles para muchas de las aplicaciones quirúrgicas del titanio es poder disponer de toda la gama de tornillos que puedan ser necesarios de acuerdo con la aplicación requerida.
El titanio desde que se empezó a utilizar en el tratamiento de las fracturas y en ortopedia no se conoce a la fecha ningún caso de incompatibilidad reportado conocido.
La aleación de titanio más empleada en este campo contiene aluminio y vanadio según la composición: Ti6Al4V. El aluminio incrementa la temperatura de la transformación entre las fases alfa y beta. El vanadio disminuye esta temperatura. La aleación puede ser muy soldada. Tiene alta tenacidad.[12]
  • Tornillos de titanio de alta resistencia mecánica: La industria aeronáutica utiliza una gran cantidad de tornillos de titanio y requiere de ellos una gran calidad y alta resistencia mecánica. La aleación grado 5-CA -Tú6A el4V- es la cual cumple con tales exigencias técnicas. Algunos de estos tornillos se fabrican con recubrimiento de lubricant de película sólida BOCADO2 (bisulfur de molibdeno).
  • Tornillos de titanio para motocicletas, bicicletas y elementos de hobby. Estos tornillos mejoran el aspecto y las prestaciones de los de acero y los usuarios aprecian los colorejats que tienen (oro, moratón, negro, etc.), obtenidos por procesos de anoditzat.
  • Tornillos de titanio para uso industrial: En este caso la propiedad que se busca en el tornillo o pieza solicitada es principalmente su resistencia al ataque de todo tipo de ácidos.[13]

Tratamientos térmicos de los tornillos

La práctica totalidad de tornillos que se fabrican son de acero. El proceso industrial de fabricación de tornillos mediante estampación y laminado, requiere el uso de acero de gran ductilidad, es decir con poco contenido de carbono . Esta particularidad, hace que los tornillos de menor resistencia, 4.6,5.6, 5.8 y 6.8 no reciban tratamiento térmico de endurecimiento.

Para fabricar tornillos más resistentes de calidades 8.8 y 10.9, la empresa productora de acero SIDENOR,[14] por ejemplo, produce un acero creado ex professo para cargoleria denominado DUCTIL 80 y DUCTIL 100 que se caracteriza para ser pretractat antes del proceso de fabricación de los tornillos, gracias que su composición química permite que siga siendo dúctil aunque ya tenga más resistencia mecánica, posibilitando la suya la fabricación de tornillos en frío.

La composición química del denominado DUCTIL 80 es la siguiente:

C(.06/.08), Mn(1.30/1.80), Si(.20/.40), Cr(,20/.50), Ti(.20/.40)Nb(.03/.05)

Con este contenido tan bajo de C permite mantener la ductilidad a pesar de su dureza, con el contenido de Mn y Si se consigue templabilitat abajo coste y con el Nb se mantiene el control de tamaño del grano a alta temperatura.

Composición parecida tiene el acero denominado DUCTIL 100 aunque en este acero el contenido de C pasa a ser de (.05/.20) para elevar su resistencia mecánica.

Para la fabricación de tornillos de gran resistencia se utiliza acero que permita el temporal después de un tratamiento de cementación o nitruració.

Tratamientos superficiales anticorrosius de los tornillos

Selección de tornillos cincats y pavonats

El acero es el metal más empleado en la fabricación de tornillos. Satisface la mayor parte de las demandas de las principales industrias en términos de calidad técnica y económica para determinados usos. Sin embargo, existen una serie de limitaciones. Por ejemplo, los aceros comunes no son muy resistentes a la corrosión. Generalmente, la función de los tornillos forma parte del soporte de la carga, por el que una exposición prolongada puede dar lugar a daños en la integridad de la estructura con el consiguiente coste de reparación o sustitución. Además muchos tornillos trabajan a la intemperie.

Para situaciones de mayor protección anticorrosiva se utiliza cargoleria fabricada con acero inoxidable que lógicamente es más cara, e incluso para casos más específicos se fabrican tornillos de titanio la resistencia de los cuales anticorrosiva es casi total.

Galvanizado

El galvanizado o cincat electrolítico es uno de los métodos que se utilizan para mejorar la resistencia a la corrosión de los tornillos, mediante un pequeño recubrimiento sobre la superficie. El galvanizat permite el recubrimiento de los tornillos mediante su inmersión en un baño de zinc fuera. Esta técnica consiste a depositar sobre la pieza una capa de cinco mediante corriente continua a partir de una solución salina que contiene zinc. El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas, cuando requieren un acabado más uniforme que proporciona el galvanizado.

Pavonat

Otro proceso de protección anticorrosiva lo constituye el tratamiento llamado pavonat. El pavonat es un revestimiento negro o blavós, brillante o mate, para piezas de acero, de gran duración, efecto decorativo y resistencia a la corrosión. El pavonat atrae y retiene los aceites lubricants. El revestimiento no aumenta ni disminuye las dimensiones de los metales tratados, por el que las tolerancias para el ajuste de piezas no se ven afectadas. Además, las superficies tratadas pueden ser soldadas, enceradas, barnitzades o pintadas. Se obtiene un revestimiento mate cuando se aplica sobre una superficie tratada con chorro de arena o con un mordent químico, y un revestimiento brillante sobre una superficie pulcra o lisa. Los colores que se pueden obtener varían del negro al blavós, según la clase de aleación tratada.

Medición y verificación de tornillos

Galga pasa no-pasa roscats exteriores

Micrómetro para medir roscas

Para medir o verificar el diámetro de la rosca de los tornillos se pueden usar métodos de medició directos o indirectas.

Medición directa

  • Para la medición directa se utilizan generalmente micrómetres las puntas de los cuales están adaptadas para introducirse en el flanco de las roscas.
  • Otro método de medida directa es hacerlo con micrómetro y un juego de varillas que se introducen en los flancos de las roscas y permite medir de forma directa los diámetros medios en los flancos de acuerdo con el diámetro que tengan las varillas.

Medición indirecta

Para la medición indirecta de las roscas se utilizan varios métodos:

  • La galga de tipo pasa-no pasa es la de uso más común. Estas galgas se componen de dos partes de las cuales una se llama pasa y la otra no pasa, que se regulan simultáneamente. El método de medida consiste a regular la galga a ojo -o a la medida que se quiere verificar que tiene la rosca- y hacer pasar el tornillo a través de las dos partes. La rosca tiene que entrar sin problemas a la parte “pasa” y, además, no poder entrar a la “no pasa”. A veces hay que hacer varías pruebas, regulando a cada vez la apertura de la galga, según el resultado de las medidas anteriores, hasta obtener la medida correcta.
  • Otra galga muy común consta de un juego de plantillas de los diferentes pasos de rosca de cada sistema, donde de forma sencilla permite identificar cómo es el paso que tiene un tornillo o una rosca. Se trata simplemente de hacer entrar la rosca a cada agujero hasta encontrar el que corresponde a su talla.
  • En laboratorios de metrología también se usan los proyectors de perfiles para la verificación de roscas de precisión,[15] puesto que los proyectors ofrecen una medida muy cuidadosa. En los tornillos estàndars, o para usos habituales, estos instrumentos (menos sencills y mucho más caros) no son necesarios, puesto que los valores posibles de los tornillos son discretos, relativamente alejados entre ellos y correspondientes a medidas estandaritzades, de hecho nomès a unos pocos valores de estas.

Estrechamiento de tornillos controlado. Par de estrechamiento

Clave dinamomètrica

Lo estreche regulado se establece normalmente como la precarga que se tiene que aplicar al atornillar un tornillo mediante la herramienta adecuada. La herramienta que se utiliza para estrechar un tornillo con el par regulado se llama clave dinamométrica

  • Los estreches están regulados para la cargoleria pavonada o cincada, con lubricación adecuada, (µ = coeficiente de viscosidad dinámico) y calidad de tornillo utilizada. Lo estreche regulado proporciona a lo ensamblo unas mejoras esenciales porque va a evitar que la enclatge quede flujo con riesgo de desestrenyiment o que se aplique una precarga demasiado fuerte, con riesgo de deformación de las piezas ensambladas, o de ruptura del tornillo.
  • La precarga es función del par de estreche aplicado al tornillo y del coeficiente de frotament. La precarrega es la fuerza en Newton que presiona a las piezas durante el estrechamiento del tornillo.
  • El par de estreniment es el resutant de aplicar una bastante F al extremo de un brazo de palanca constituido por las herramientas de estreche (claves, destornillador, etc.) que tiene una longitud L en línea recta, desde el punto de aplicación de la fuerza con la mano, o una máquina, hasta el centro de la rosca.

par (N•m) = F (Newton) x L (metro)

La conversión de N•m a kilogramo-bastante • metro es la siguiente:

1 N•m = 0,102 Kp•m, a pesar de que a los cálculos a ojo se aproxima por 1 N•m = 0,1 Kp•m

Los pares de estrechamiento se calculan al 85% del límite elástico del tornillo en función de las dimensiones y calidades que tenga. Existen mesas que regulan los pares de estrechamiento recomendado para cada caso.[16]

Resulta crucial[hace falta citación] que se preste atención a los pares de estrechamiento y a las instrucciones de instalación en los casos que lo determinen las especificaciones de montaje. Los motores de vehículos son especialmente sensibles a un par de estrechamiento inadecuado,[hace falta citación] puesto que los motores modernos reaccionan de una manera particularmente sensible a los errores de montaje.

Defectos y fallos de los tornillos

La tornilleria en general es parte importante de la rigidez y buen funcionamiento que cabe esperar y desear de los elementos ensamblados. Por eso los fallos o defectos que pueda tener un tornillo puede ocasionar un fallo o una avería indeseada.

El primer defecto que puede presentar un tornillo es un defecto de diseño o de cálculo porque sus dimensiones o calidades no sean las adecuadas, en este caso el fallo que se puede provocar es una rotura prematura del tornillo para no poder soportar las tensiones y esfuerzos a los cuales está sometido.

El segundo defecto en importancia que puede tener un tornillo es un defecto de fabricación donde las calidades del material constituyente no sean las previstas en el diseño o un defecto dimensional en el que respeta principalmente a las tolerancias que tiene que tener su rosca. En este caso se puede producir una rotura del tornillo o un deterioro de la rosca.

El tercer defecto puede ser un montaje deficiente para no aplicar el par de estrechamiento adecuado, de acuerdo con su calidad y dimensiones, en este caso si es un exceso de estrechamiento se puede producir rotura del tornillo o deterioro de la rosca, y la suya es un defecto de estrechamiento el ensamblatge queda flojo y si es un objeto en movimiento aparecen vibraciones indeseadas que ocasionan una avería en el mecanismo ensamblado

Líquido penetrante para aflojar tornillos oxidats

El cuarto defecto se produce por deterioro del tornillo si resulta atacado por el oxidación y corrosión si no ha sido protegido debidamente. En este caso y durante las operaciones rutinarias de mantenimiento preventivo del mecanismo se tienen que sustituir todos los tornillos deteriorados por unos nuevos y protegerlos adecuadamente de la corrosión y oxidación.

El último defecto grave que puede tener un tornillo es cuando se procede al desmontaje de un ensamblatge y si a causa del oxidación y corrosión el tornillo se descabeza en el momento de intentar aflojarlo. Para estos casos de tornillos deteriorados se tienen que utilizar productos lubrificantes que permitan aflojarlos sin que se rompa el tornillo.

Diámetro de brocas por agujeros de Tornillos métricos gama estándar

Medida nominal y paso normal Diámetro broca agujero (mm) Medida nominal y paso fino. Diámetro broca agujero (mm)
M4 x 0,7 3,3 M4 x 0,35 3,65
M5 x 0,8 4,2 M5 x 0,50 4,5
M6 x 1 5 M6 x 0,50 5,5
M8 x 1,25 6,8 M8 x 0,75 7,25
M10 x 1,50 8,5 M10 x 0,75 9,25
M12 x 1,75 10,2 M12 x 1 11
M14 x 2 12 M14 x 1 13
M16 x 2 14 M16 x 1,25 14,75
M18 x 2,5 15,5 M18 x 1,25 16,75
M20 x 2,5 17,5 M20 x 1,50 18,50
M22 x 2,5 19,5 M22 x 1,50 20,50
M24 x 3 21 M24 x 1,50 22,50
M27 x 3 24 M27 x 2 25
M30 x 3,5 26,5 M30 x 2 28


Ved también

  • Perno de anclaje
  • Arandel·la
  • Rosca
  • Remache
  • Roscat
  • Terratga
  • Clave (enser)
  • Destornillador
  • Perno (tornillo para piezas de gran volumen)

Bibliografía

  • Millán Gómez, Simón. Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo, 2006. ISBN 84-9732-428-5. 
  • Larbáburu Arrizabalaga, Nicolás. Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid: Thomson Editoras, 2004. ISBN 84-283-1968-5. 
  • Varios autoras. Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editoras S.A, 1984. ISBN 84-345-4490-3. 

Enlaces externos

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Referencias

  1. * Varios autoras. Enciclopedia de Ciencia y Técnica, Tomo 13 Tornillos y tuercas. Salvat Editoras S.A, 1984. ISBN 84-345-4490-3. 
  2. Definición de tornillo. IES Marenostrum. Tecnología. CEJAROSU
  3. Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). “Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Contexto of Invention in the Ancient World”, Technology and Culture 44 (1).
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 Artículo sobre la historia de los tornillos. Enlace en (castellano)
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 Artículo sobre la historia del tornillo. Enlace en: (castellano)
  6. Catálogos comerciales de ferretería. Varios fabricantes
  7. Tornillos ningún hexagonal
  8. Tornillos ningún Allen normalizados
  9. Normativa tornillos alta resistencia
  10. Tornillos de precisión
  11. Tornillos inviolables
  12. Prótesis de titanio. Última visita web 30.4.2007
  13. Información facilitada por la empresa LOWDE al redactor del artículo de la Viquipèdia en castellano
  14. Acero dúctil para tornillos SIDENOR
  15. Control de roscas
  16. Mesa de pares de estrechamiento recomendados

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