tornillos y sujeciones

Tornillos Se denomina tornillo a un elemento u operador mecánico cilíndrico dotado de cabeza, generalmente metálico, aunque pueden ser de madera o plástico, utilizado en la fijación temporal 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.[1] El tornillo deriva directamente de la máquina simple conocida como plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado.[2] Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera. Los primeros antecedentes de la utilización de roscas se remontan al tornillo de Arquímedes, desarrollado por el sabio griego alrededor del 300 a. C., empleándose ya en aquella época profusamente en el valle del Nilo para la elevación de agua. Durante el Renacimiento las roscas comienzan a emplearse como elementos de fijación en relojes, máquinas de guerra y en otras construcciones mecánicas. Leonardo da Vinci desarrolla por entonces métodos para el tallado de roscas; sin embargo, éstas seguirán fabricándose a mano y sin ninguna clase de normalización hasta bien entrada la Revolución industrial. En 1841 el ingeniero inglés Whitworth definió la rosca que lleva su nombre, haciendo William Sellers otro tanto en los Estados Unidos el año 1864. Esta situación se prolongó hasta 1946, cuando la organización ISO define el sistema de rosca métrica, adoptado actualmente en prácticamente todos los países. En los EE.UU. se sigue empleando la norma de la Sociedad de Ingenieros de Automoción (Society of Automotive Engineers, SAE). La rosca métrica tiene una sección triangular formando un ángulo de 60º y cabeza un poco truncada para facilitar el engrase. Los tornillos los definen las siguientes 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. Material constituyente y resistencia mecánica que tienen: salvo excepciones la mayor parte de tornillos son de acero de diferentes aleaciones y resistencia mecánica. Para madera se utilizan mucho los tornillos de latón. Longitud de la caña: es variable. Tipo de cabeza: en estrella o phillips, bristol, de pala y algunos otros especiales. Tolerancia y calidad de la rosca Tipos de tornillosEl 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:[3] Tornillos tirafondos para madera Autoroscantes y autoperforantes para chapas metálicas y maderas duras Tornillos tirafondos para paredes y muros de edificios Tornillos de roscas cilíndricas Varillas roscadas de 1m de longitud 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 autoroscado, porque no es necesario hacer un agujero previo, el filete es afilado y cortante. Normalmente se atornillan con destornillador eléctrico o manual. Sus cabezas pueden ser planas, ovales o redondeadas; cada cual cumplirá una función específica. Cabeza plana: se usa en carpintería, en general, en donde es necesario dejar la cabeza del tornillo sumergida o a ras con la superficie. Cabeza oval: la porción inferior de la cabeza tiene una forma que le permite hundirse en la superficie y dejar sobresaliendo sólo la parte superior redondeada. Son más fáciles para sacar y tienen mejor presentación que los de cabeza plana. Se usan para fijación de elementos metálicos, como herramientas o chapas de picaportes. Cabeza redondeada: se usa para fijar piezas demasiado delgadas como para permitir que el tornillo se hunda en ellas; también para unir partes que requerirán arandelas. En general se emplean para funciones similares a los de cabeza oval, pero en agujeros sin avellanar. Este tipo de tornillo resulta muy fácil de remover. Los diferentes tipos de cabeza pueden tener: Cabeza fresada (ranura recta): tienen las ranuras rectas tradicionales. Cabeza Phillips: tienen ranuras en forma de cruz para minimizar la posibilidad que el destornillador se deslice. Cabeza tipo Allen: con un hueco hexagonal, para encajar una llave Allen. Cabeza Torx: con un hueco en la cabeza en forma de estrella de diseño exclusivo Torx. Las características que definen a los tornillos de madera son: Tipo de cabeza, material constituyente, diámetro de la caña y longitud. Tornillos tirafondos para paredes y madera DIN-571Hay una variedad de tornillos que son más gruesos que los clásicos de madera, que se llaman tirafondos y se utilizan mucho para atornillar los soportes de elementos pesados que vayan colgados en las paredes de los edificios, como por ejemplo, toldos, aparatos de aire acondicionado, etc. En estos casos se perfora la pared al diámetro del tornillo elegido, y se inserta un taco de plástico a continuación se atornilla el tornillo que rosca a presión el taco de plástico y así queda sujeto muy fuerte el soporte. También se utiliza para el atornillado de la madera de grandes embalajes por ejemplo. Estos tornillos tienen la cabeza hexagonal y una gama de M5 a M12. Autorroscantes y autoperforantes para chapas metálicas y maderas duras Ambos tipos de tornillos pueden abrir su propio camino. Se fabrican en una amplia variedad de formas especiales. Se selecciona el adecuado atendiendo al tipo de trabajo que realizará y el material en el cual lo empleará. Los autorroscantes tienen la mayor parte de su caña cilíndrica y el extremo en forma cónica. De cabeza plana, oval, redondeada o chata. La rosca es delgada, con su fondo plano, para que la plancha se aloje en él. Se usan en láminas o perfiles metálicos, porque permiten unir metal con madera, metal con metal, metal con plástico o con otros materiales. Estos tornillos son completamente tratados (desde la punta hasta la cabeza) y sus bordes son más afilados que el de los tornillos para madera. Los autoperforantes su punta es una broca, lo que evita tener que hacer perforaciones guías para instalarlos. Se usan para metales más pesados: van cortando una rosca por delante de la pieza principal del tornillo. Las dimensiones, tipo de cabeza y calidad están regulados por Normas DIN. 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 Rosca métrica de paso normal o paso fino Rosca inglesa Whitworth de paso normal o fino 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 Rosca métrica Está basada en el Sistema Internacional de Unidades y es muy utilizada en la actualidad. El filete de la rosca tiene forma de triángulo equilátero y forma un ángulo de 60 grados. La existencia de un juego entre la cresta de la rosca del tornillo y el fondo de la rosca de la tuerca permite aplicar lubricantes. Rosca Whitworth La primera persona que creó un tipo de rosca normalizada, aproximadamente sobre 1841 fue el ingeniero mecánico inglés sir Joseph Whitworth El sistema de roscas Whitworth todavía se utiliza, para reparar la vieja maquinaria y tiene un filete de rosca más grueso que el filete de rosca métrico. El sistema Whitworth fue un estándar británico, abreviado a BSW (BS 84:1956) y el filete de rosca fino estándar británico (BSF) fue introducido en 1908 porque el hilo de rosca de Whitworth resultaba grueso para algunos usos. El ángulo del hilo de rosca es de 55° en vez de los 60º que tiene la rosca métrica la profundidad y el grosor del filete de rosca variaba con el diámetro del tornillo (es decir, cuanto más grueso es el perno, más grueso es el filete de rosca). En este sistema de roscas el paso se considera como el número de filetes que hay por pulgada, y el diámetro se expresa en fracciones de pulgada (por ejemplo 1/4", 5/16". Rosca estándar estadounidense SAE UNF Los Estados Unidos tienen su propio sistema de roscas, generalmente llamado el estándar unificado del hilo de rosca UNF, que también se utiliza extensivamente en Canadá y en la mayoría de los otros países alrededor del mundo. Por lo menos 85% de los tornillos del mundo se dimensionan a las medidas unificadas del hilo de rosca, y la selección más grande de los tamaños y de los materiales de tornillos se encuentra regulado por ese tipo estándar.[5] Una versión de este estándar, llamada SAE, fue utilizada en la industria de automóvil norteamericana. El SAE todavía es asociado a las dimensiones en pulgadas, aun cuando la industria automotriz de los EE. UU. (y otras Industrias Pesadas que usan el sistema SAE) han convertido gradualmente a los tornillos métricos ISO, a partir de los años 70, porque la producción de piezas y la comercialización de producto globales favorecen la estandarización internacional. Usos Las roscas triangulares se emplean en tornillos de fijación; el truncamiento del filete facilita las operaciones de desmontaje, pero por el contrario disminuye la estanquidad de la unión. Las roscas finas (con paso menor que el normal) se emplean cuando la longitud de la unión atornillada es pequeña, por ejemplo en uniones en paredes delgadas de tubos; también pueden emplearse cuando se quiere evitar el aflojamiento de la unión, ya que el mayor número de filetes de contacto entre el tornillo y la tuerca incrementa el rozamiento. Para el enroscado de tubos se emplean las llamadas roscas de gas derivadas del sistema Whitworth, caracterizadas por una elevada estanquidad (el filete no está truncado) y una relación profundidad/diámetro pequeña para no debilitar la pared del tubo. 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 M68, 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.