Tuercas y Tornillos

Tuercas y Tornillos

Ing. Omri Amaya | Leticia Jeannette Mercado  Samuel Alberto Merlo  Luis Aguilar Loo

Introducción

Los tornillos y las tuercas cumplen con una función muy útil, se utilizan para unir de forma no permanente los elementos de máquinas entre otros, insustituibles en diversas ocasiones y con características de diseño y construcción que les permites una perfecta adaptación a muy variadas condiciones y circunstancias de trabajo brindando seguridad en la unión de piezas y permitiendo al mismo tiempo poder desunirlas cuando sea necesario. Se encuentran en diferentes tipos y tamaños que van de acuerdo a la función que se desea que desempeñen.

A continuación, una serie de información relacionada con la variedad de tornillos y tuercas que hay, así como también variedad de tamaños, formas y funciones que desempeñan cada uno.

El Tornillo

El inventor del tornillo fue el griego Arquitas de Tarento (430-360 a.C.), al el se debe también el invento de la polea. Arquímedes (287-212 a.C.) perfeccionó el tornillo y lo llego a utilizar para elevar agua. También fue Arquímedes el que invento el tornillo sin fin.

Tornillo de Arquímedes

El tornillo va unido por lo general con una rosca, en épocas antiguas era complicadísimo el tema ya que había que buscar la rosca que coincidiera con el tornillo, debido a que no todas eran iguales, es más eran muy diferentes. En el siglo pasado esto se fue aplacando, hasta que en 1841 el ingles Joseph Whitworth (1803-1887) sugirió un paso de rosca universal para todos los tornillos fabricados en cualquier parte, y esta iniciativa fue adoptada con el tiempo.

Se denomina tornillo a un elemento mecánico  cilíndrico dotado de cabeza, generalmente metálico, aunque pueden ser de madera o plástico, utilizado en la fijación de unas piezas con otras, que está dotado de una caña roscada con rosca triangular, que mediante una fuerza de torsión ejercida en su cabeza con una llave adecuada o con un destornillador, se puede introducir en un agujero roscado a su medida o atravesar las piezas y acoplarse a una tuerca.

Características

•      Diámetro exterior de la caña: en el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés en fracciones de pulgada.

•      Tipo de rosca: métrica, Whitworth, trapecial, redonda, en diente de sierra, eléctrica, etc. Las roscas pueden ser exteriores o machos (tornillos) o bien interiores o hembras (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse.

•      Paso de la rosca: Distancia que hay entre dos crestas sucesivas, en el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés por el número de hilos que hay en una pulgada.

•      Sentido de la hélice de la rosca: a derechas o a izquierdas. Prácticamente casi toda la tornillería tiene rosca a derechas, pero algunos ejes de máquinas tienen alguna vez rosca a izquierda. Los tornillos de las ruedas de los vehículos industriales tienen roscas de diferente sentido en los tornillos de las ruedas de la derecha (a derechas) que en los de la izquierda (a izquierdas). Esto se debe a que de esta forma los tornillos tienden a apretarse cuando las ruedas giran en el sentido de la marcha. Asimismo, la combinación de roscas a derechas y a izquierdas es utilizada en tensores roscados.

Tipos de Tornillos

Tornillos Hexagonales.

Son los más frecuentes. Según la forma del extremo de la espiga, se utilizan como tornillos de montaje, de presión o de fijación. Pueden estar total o parcialmente roscados.

Tornillos Allen.

Son tornillos avellanados, con cabeza cilíndrica o cónica, que utilizan una llave especial, denominada llave Allen, que encaja en un orificio hexagonal de la cabeza. 

Tornillos de Cabeza Ranurada.

Son tornillos que tienen la cabeza con un orificio o una ranura en el que se encaja algún tipo de destornillador: Las ranuras rectas son útiles para destornilladores manuales. Los orificios en cruz y hexagonales son útiles para destornilladores automáticos ya que permiten el autocentrado de la punta del destornillador.

Tornillos para madera

Los tornillos para madera, reciben el nombre de tirafondo para madera, su tamaño y calidad está regulado por la Norma DIN-97, tienen una rosca que ocupa 3/4 de la longitud de la espiga. Pueden ser de acero dulce, inoxidable, latón, cobre, bronce, aluminio y pueden estar galvanizados, niquelados, etc.

Este tipo de tornillo se estrecha en la punta como una forma de ir abriendo camino a medida que se inserta para facilitar el auto roscado, porque no es necesario hacer un agujero previo, el filete es afilado y cortante. Normalmente se atornillan con destornillador eléctrico o manual

 El término tornillo se utiliza generalmente en forma genérica, son muchas las variedades de materiales, tipos y tamaños que existen. Una primera clasificación puede ser la siguiente:

• Tornillos de media astilla
• Tornillos de borderline (a referencia con su autor)
• Tornillos de madera aunque mayor conocido como silly (por su autor)
• Tornillos de roscas dodecaedras
• Varillas roscadas de 1m de longitud

Tornillos de rosca cilíndrica para uniones metálicas

Para la unión de piezas metálicas se utilizan tornillos con rosca triangular que pueden ir atornillados en un agujero ciego o en una tuerca con arandela en un agujero pasante.

Este tipo de tornillos es el que se utiliza normalmente en las máquinas y lo más importante que se requiere de los mismos es que soporten bien los esfuerzos a los que están sometidos y que no se aflojen durante el funcionamiento de la máquina donde están insertados.

Lo destacable de estos tornillos es el sistema de rosca y el tipo de cabeza que tengan puesto que hay variaciones de unos sistemas a otros. Por el sistema de rosca los más usados son los siguientes:

1. Rosca Metrica de paso normal o paso fino

2. Rosca inglesa Whitworth de paso normal o fino

3. Rosca americana SAE

Por el tipo de cabeza que tengan los más usados son los siguientes:

• Cabeza hexagonal. Tipo DIN 933 y DIN 931
• Cabeza Allen. Tipo DIN 912
• Cabeza avellanada
• Cabeza cilíndrica DIN 84
• Cabeza Torx

Fabricación de tornillos

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

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

•      Tornillos para usos generales

•      Tornillos de miniatura

•      Tornillos de alta resistencia

•      Tornillos inviolables

•      Tornillos de precisión

•      Tornillos grandes o especiales

•      Tornillos de titanio

Tornillería para usos generales

La producción actual de tornillería está muy automatizada tanto en lo que respecta a la estampación de la cabeza como a la laminación 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 que pertenecen.

En cuanto a dimensiones todas están normalizadas por normas DIN, y los tamaños disponibles, en rosca métrica por ejemplo con cabeza 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 fuese necesario disponer de forma esporádica de tornillos de más longitud, se fabrican unas varillas roscadas de 1 m de longitud, donde es posible cortar a la longitud que se desee obtener y con una fijación de dos tuercas por los extremos realizar la fijación que se desee.

Tornillos de miniatura

Con el desarrollo de componentes electrónicos cada vez más pequeños ha sido necesario desarrollar y fabricar tornillería especialmente pequeña, este tipo de tornillos se caracteriza por ser autorroscante 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 latón.

Tornillos de miniatura

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 signo x; seguirá el tipo de acero del que están construidos Las tuercas 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 tuercas definidos como de alta resistencia están normalizadas.

El fabricante de este tipo de se ve obligado a entregar un certificado de garantía por lo que no se hace necesario los ensayos de recepción, a no ser que el Pliego 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 tuercas 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.

Alternativamente, con la aparición de los Eurocódigos 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 primero de ellos indica el valor nominal del límite de rotura por 100 (fub) en N/mm2, y el segundo el valor nominal del límite elástico (fyb) en N/mm2. Siendo éste valor el producto del límite de rotura por este segundo número dividido por 10.

Por ejemplo, M18x120 10.9 indica un tornillo de alta resistencia métrica 18, longitud nominal 120 mm, límite de rotura 1000 N/mm2 y límite elástico 900 N/mm2. Y M8x60 8.8 indica un tornillo de métrica 8, longitud nominal 60 mm, límite de rotura 800 N/mm2 y límite elástico 640 N/mm2.

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 por tener una resistencia extra a los esfuerzos de tracción y fatiga. La resistencia media que pueden tener estos tornillos es de 1.300 N/mm² frente a los 1.220 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 filete de estos tornillos es redondeado eliminando la punta V aguda que es la causa principal del fallo de muchos tornillos

Tornillos inviolables

Los tornillos inviolables son un tipo de tornillería especial que una vez atornillados en el lugar correspondiente ya es imposible quitarlos, a menos 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 llave sin conseguirlo. Son tornillos llamados antivandálicos y son muy utilizados en trabajos de cerrajería que van con acceso a las calles o lugares donde pudiesen actuar personas malintencionadas. Al igual que se fabrican tornillos inviolables también se fabrican tuercas inviolables. Las normas de estos tornillos de rosca métrica corresponden a la ISO-7380 y ISO-7991 y se fabrican con cabeza Allen y con cabeza Torx.

También se utilizan algunos a los que se les acopla un sello a la cabeza, impidiendo introducir una llave para aflojarlo. Estos tornillos se venden con su tapa correspondiente, y suelen ser para llave Allen. Como solución temporal o improvisada, se pueden introducir a golpe de martillo unos plomitos redondos de pesca en el mismo lugar.

Tornillos grandes o especiales

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 debe actuar de acuerdo a 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 cualidades mecánicas de dureza, poco peso y resistencia mecánica, han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad como prótesis articulares, implantes dentales, componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapasos, clavos o placas de osteosíntesis para la recuperación de fracturas óseas, además de muchos otros 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 esa temperatura. La aleación puede ser bien soldada. Tiene alta tenacidad.

• 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 -Ti₆Al₄V- es la que cumple con tales exigencias técnicas. Algunos de estos tornillos se fabrican con recubrimiento de lubricante de película sólida MoS₂ (bisulfuro de molibdeno).

• Tornillos de titanio para motocicletas, bicicletas y elementos de hobby. Dichos tornillos mejoran el aspecto y las prestaciones de los de acero y los usuarios aprecian los coloreados que tienen (oro, azul, negro, etc.), obtenidos por procesos de anodizado.

• 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.

Medidas De Los Tornillos

Tuercas

Una Rosca es una arista helicoidal de un  tornillo (rosca exterior) o de una tuerca (rosca interior), de sección  triangular, cuadrada o roma, formada sobre un núcleo cilíndrico,  cuyo diámetro y paso se hallan normalizados. Se denomina rosca al fileteado que presentan los tornillos y los elementos a los que éstos van roscados (tuercas o elementos fijos). Las roscas se caracterizan por su perfil y paso, además de su diámetro.

Especificación….

Partes de una Rosca o’ Tuerca

-         (P) Paso de la Rosca: Número de hilos de

rosca por pulgada.

-         (D) Diámetro Mayor o Nominal: Es el

diámetro más grande de un tornillo.

-         (d) Diámetro Menor o de la raíz Es el

diámetro más pequeño de un tornillo.

-         (Dp) Diámetro Primitivo o de paso en una rosca, el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie corta a las formas o perfiles de los filetes de modo que sus anchos y los huecos entre ellos sean iguales.

-         (Pr) Profundidad de las Roscas la distancia entre la cresta y la raíz medida perpendicularmente al eje.

Clasificación

Las roscas pueden ser interiores o exteriores según recubran la parte externa de un cilindro o el interior de un orificio también cilíndrico, respectivamente. Dos piezas que se rosquen la una en la otra, como el caso de un tornillo y su correspondiente tuerca, deberán tener, lógicamente, el mismo perfil paso y diámetro nominal de rosca.

Existen roscas a derechas o a izquierdas, aunque la más frecuente es la primera. Las roscas a izquierdas se emplean cuando por motivo de vibraciones o similares y para evitar el aflojamiento de la tuerca, como en cilindros de gas, bujes y en los cubre llamas.

Representación.

Medidas de Tuercas

Medidas De Los Tornillos

Conclusiones Al realizar esta investigación pudimos conocer la gran variedad de tornillos y de tuercas que existen, así como también en que pueden utilizarse y de qué forma. Se observó la parte esencial que forman a la hora de realizar la unión entre piezas ya sea de una máquina, de una bicicleta, de un carro, etc. Aprendimos también que entre los tipos de tornillos que hay se encuentran los tornillos con cabezas hexagonales siendo estos los mas comunes, también los tornillos miniatura que se utilizan en aparatos de tamaño reducido, existen también los tornillos de alta resistencia ya utilizados en la fabricación de máquinas de un tamaño mayor, contamos también con los tornillos de precisión que se instalan cuando las altas presiones, esfuerzos y velocidades de los procesos exigen uniones más fuertes. Así como contamos con variedad de tornillos, también hay para cada tipo una tuerca que sirve para asegurarlo, también en diferentes tipos y tamaños. Anexos