domingo, 16 de junio de 2019

DE TORNILLOS Y ROSCAS


EL ORIGEN
¡Uf, el origen! Será difícil encontrarlo como difícil es citar mecanismos de la antigüedad que no lleve algún tipo de rosca.
El “mecanismo” de la rosca se conoce desde antiguo y hasta el XIX se usa con profusión pero cada rosca es de su “creador”. Con la llegada de la revolución industrial se pretende estandarizar un poco y evitar así que cada herrero o carpintero hiciese sus propias roscas "al gusto”.
Es cierto que llega la estandarización pero..., si incluso hoy que presumimos de tecnología, aún no somos capaces de ponernos de acuerdo en si medimos en galones o en litros, en millas o kilómetros, en libras o kilogramos así que ¿cómo vamos a ser capaces de tener una única rosca?
¿Para qué sirve una rosca?: Su uso es bien para mantener piezas unidas: típico ejemplo de tornillo y tuerca o bien para transmitir un movimiento: es la rosca de una prensa de uva en la cual el movimiento de rotación se convierte en lineal o viceversa o el mecanismo del tornillo sin fin...

CLASIFICANDO LAS ROSCAS
Hablemos con propiedad, veamos a que nos referimos al hablar de las diferentes partes de una rosca:
Cresta y valle: se dice cresta a la parte más alta de la rosca y valle a la más baja
Hilo o filete: es la hélice que constituye en si la rosca
Diámetro nominal: es el mayor diámetro de la rosca, es el diámetro exterior.
Observa que es diferente este diámetro según nos refiramos a tuerca o tornillo. En un tornillo es el que se mide entre las crestas, mientras que en una tuerca será el diámetro medido entre valles.
Paso: es la distancia entre dos crestas consecutivas. El paso es lo que avanza el tornillo en una vuelta completa.
Hay varios pasos “extrafino”, “fino”, “grueso” o “normal”. Según se va estandarizando más se ve una cierta tendencia a ir quitando pasos.
Ángulo: es el ángulo que forman los flancos de un hilo, se mide en grados sexagesimales.
Rosca sencilla o doble: en el caso de rosca sencilla el avance de la tuerca por el tornillo corresponde al paso (distancia entre dos crestas consecutivas) pero si es de rosca doble el avance es el doble del paso.
¿De derechas o de izquierdas?: La mayoría de los tornillos son de rosca “a derechas” (el tornillo gira en sentido horario para atornillar) pero también existen las roscas “a izquierdas” por ejemplos los tornillos de apriete de las ruedas o el pedal de una bicicleta… el fin de estas roscas a izquierdas es impedir su afloje por la acción normal de uso.
El mejor paso: ¿fino o grueso?
Pues el paso fino tiene una mayor resistencia a la tracción porque sencillamente tiene una mayor sección resistente. También el paso fino tiene menos tendencia a aflojarse y además se pueden dar reglajes más precisos.
Pero ojo porque en aplicaciones habituales de tornillos en maquinaria, la mayor carga es dinámica y en esta característica lo principal es la resistencia a la fatiga y en ese caso el paso grueso aguanta mejor porque con un paso grueso hay menos carga en el fondo del hilo. Y si, es cierto que un paso grueso se afloja más pero también es cierto que ese problema se puede solucionar con arandelas de blocaje o incluso con productos químicos (tipo loctite) o incluso, reconoce 😱, un punto de soldadura, para mantener la carga.
También se debe tener en cuenta que un paso grueso posee mayor resistencia a los choques. Por último considérese que es más sencillo el atornillado y por ende resulta más difícil de “trasroscar”.

LA ESTANDARIZACIÓN Y LOS INGLESES A “SU BOLA”
La estandarización ha llegado al mundo de los tornillos aunque no del todo y es que por lo general los de origen inglés, una vez más, van a su “bola”.
Comparativa cotas tornillos M10 y M14 (Valvias)
Rosca métrica ISO: Se trata de una familia estandarizada basada en el Sistema Internacional (SI). Es la rosca paralela o recta. Están contempladas en ISO 68-1 y ISO 965-1.
Hay dos grandes estándares en los tornillos “métricos”, por una parte está la norma DIN alemana y por otra la JIS japonesa aunque son prácticamente iguales pero no idénticas. También está la rosca ANSI y que se usa más en EEUU.
Algunas característica de la métrica ISO es que el ángulo formado por los flancos del filete es de 60º. El paso se mide en milímetros. Si el paso es “grueso” se designa con la letra M y un número que indica el diámetro nominal en milímetros (M10 que significa que el diámetro exterior nominal es de 10 mm). Si el paso es “fino” se designa con la letra M y el diámetro nominal y el paso también en milímetros pero separados por “x” (M10*0,25)
Hay más roscas como las que se usan en tubería donde ahí es la rosca británica, rosca “gas” la que se impone (ISO 228-1). En la rosca “gas” los flancos de los filetes forman 55º. Las crestas y los valles son redondeados y el diámetro exterior, nominal, se expresa en pulgadas.

LA CALIDAD DE UN TORNILLO, TODO ESTÁ ESCRITO
Efectivamente esta entrada se dirige especialmente a los tornillos de máquinas, si se hablara de industria maderera hay pautas diferentes.
El marcaje: Los fabricantes de tornillos deben indicar los valores de resistencia mecánica del material y que quede bien visible en la cabeza del tornillo o tuerca. Saber interpretar la lectura de un tornillo es crucial para garantizar la carga que se le puede dar al tornillo.
El marcaje de los tornillos se coloca en la cabeza, mientras que en las tuercas se suele hacer en el lateral. Hay dos tipos de marcas, unas que corresponden al fabricante y que no son de nuestro interés y las otras que son los números que aparecen y que son los que realmente nos aportan información.
La información debe expresarse según indica la ISO 898-1 (solo obliga a los tornillos de diámetro nominal superior a 5 mm) La marca tiene dos números separados por un punto. Así veremos marcajes como 3.6; 4.6; 5.6; 6.8; 8.8; 10.9; 12.9.
Tornillos 10.9 y 8.8 
¿Qué significa?
De esos dos números marcados, el primer número indica la resistencia máxima a la tracción del acero. El número marcado multiplicado por 100 sería la resistencia a la tracción (Newton) por milímetro cuadrado.
El segundo número, se debe combinar con el primero, e indica, multiplicado por 10 y en tanto por cierto, el límite elástico o punto de fluencia (límite máximo que se puede aplicar al tornillo sin que la deformación sea irreversible)
Ejemplo 1: Un tornillo 8.8
  • Resistencia a la tracción: 8*100 = 800 N/mm²
  • Punto de fluencia: lo marca el segundo 8, y se combina con el primer número. 8*10= 80 % de la resistencia a la tracción. 80%*8= 640 N/mm² de fluencia
Un tornillo de M10 y paso 1.5 dispone de un diámetro 10 mm, que significa un diámetro del núcleo de 8,16 mm, y una sección del núcleo de 52,29 mm² Así que la resistencia, en calidad 8.8 sería:
  • Resistencia a la tracción: 800*52,3=41.840 N=4266 kg
  • Límite elástico: 640*52,3 = 33.472 N (3413 kg)
Ejemplo 2: Tornillo 12.9
  • Resistencia a la tracción: 1200 N/mm²
  • Límite elástico: 9*10= 90%; 90*1200= 1080 N/mm²
Aplicando a un tornillo de M12 y paso 1,5 que dispone de un diámetro de 12 mm, lo cual significa un diámetro del núcleo de 9,85 mm y un área núcleo de 76,25 mm²
  • Resistencia a la tracción: 1200*76,3=91560 N = 9342 kg
  • Límite elástico: 1080*76,3=82404 N = 8408 kg
¿Tracción o Cizalla?: Lo que ocurre es que los tornillos raramente trabajan a tracción pura en las utilizaciones normales en agricultura, y sin embargo trabajan más en cizallamiento. El cálculo de la resistencia a cizalla (corte) se hace igual pero tomando el 70 % de la tensión de fluencia.
Así que para los cálculos del ejemplo 1, un tornillo 8.8, la resistencia a corte o cizalla sería 80*0,8=640 N/mm2; el 70 % es 450 N/mm² y que para este mismo tornillo, sección de 52,3 mm², queda: 450*52,3 = 22500 N (22,5 kN o 2290 kg) 
Consejo de utilización
Se aconseja utilizar un tornillo a una fuerza de tracción un poco inferior al límite elástico y así la fijación está tensionada que es como debe trabajar de forma correcta. La diferencia entre el límite elástico y la resistencia a la tracción máxima sirve como un factor de seguridad ante posibles sobrecargas o incluso deterioros con el paso del tiempo.
¿Cual compro, 8.8 o 10.9?: Un tornillo de calidad 10.9 pues se usarán en aquellas aplicaciones en la cual los componentes estarán sujetos a tensiones muy altas como los pernos del embrague, o del volante motor. Una calidad 8.8, la más usada, pues a componentes con tensiones medias.
Lectura
Para leer un tornillo no basta con interpretar la lectura de la cabeza, también es necesario dar la métrica, el paso y la longitud. La siguiente figura muestra varios ejemplos.
Uso de calibres y también galgas para medir tornillos y roscas (Valvias)

2 comentarios:

  1. ¡Este es mi profe! Perfecta explicación de algo que no sabía y lo bien que voy a quedar diciendo esto en la tasca de mi pueblo...

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    1. Dichosos los oídos amiga. Me alegra que esto te "refresque" lo aprendido y puedas presumir en la tasca cuando los vecinos presuman de "que han comprado tornillos baratos para las golondrinas". Saludos

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