Roscas. Diseño de las roscas

Transcripción

1 Tema 7 Identificación, Verificación y Medición de roscas Roscas Diseño de las roscas Este antiguo método se basa en una hélice cilíndrica o cónica y un filete triangular, rectangular, trapezoidal o redondo que se fabrica tanto en el eje como en el orificio que pretenden unirse. Los elementos básicos de una rosca o hilo son el diámetro exterior, el diámetro interior, el paso, el tipo de hilo, el sentido de avance, la cantidad de entradas y el ajuste. Los diámetros interior y exterior limitan la zona roscada; el paso es el desplazamiento axial al dar una vuelta sobre la hélice; el tipo de hilo es determinado por el tipo de filete y el paso, existiendo un gran número de hilos estandarizados. El sentido de avance puede ser derecho o izquierdo. Esto significa que una rosca derecha avanza axialmente al girarla de acuerdo a la ley de la mano derecha. En una rosca izquierda esta ley no se cumple. El sentido de avance izquierdo se usa principalmente por seguridad, como en las válvulas de balones de gas. Definiciones de la terminología de roscas La cantidad de entradas indican cuántas hélices están presentes. Generalmente sólo hay una hélice presente. Por ejemplo si se desea unir una tuerca a un perno, se tiene una oportunidad por vuelta, o sea, una entrada; en tapas de frascos y bebidas se desea una colocación fácil y se utilizan 3, 4 o más entradas, es decir 3, 4 o más hélices presentes. Esto necesariamente aumenta el paso, lo cual no es conveniente en un elemento que debe permanecer unido.

2 Partes fundamentales de una rosca Diámetro mayor: Se le conoce también como diámetro exterior y nominal de la rosca. Es el diámetro máximo del filete del tornillo o de la tuerca. Diámetro menor: también conocido como diámetro interior, del núcleo o de raíz. Es el diámetro mínimo del filete de tornillo o tuerca. Diámetro primitivo: En una rosca cilíndrica, es el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y al de los hoyos cortados por la superficie de dicho cilindro. En una rosca cónica, es el diámetro sobre un cono imaginario medido a una distancia dada desde un plano de referencia perpendicular al eje; la superficie del cono imaginario corta los filetes en puntos tales que resulten iguales al ancho de los mismos y el de los huecos cortados por la misma superficie. Paso: Es la distancia desde un punto de un filete al punto correspondiente del filete siguiente, medida paralelamente al eje. Puede darse en milímetros en pulgadas o en función del número de filetes por pulgada, de acuerdo con las siguientes relaciones: -Paso en pulgadas = 1/numero de filetes por pulgada -Paso en milímetros = 25,4/numero de filetes por pulgada Avance: Es la distancia que avanza un filete en una vuelta. En roscas de un solo filete, o de una entrada, el avance es igual al paso; en roscas de filete doble o de dos entradas el avance que es el paso real, es igual al doble del paso, que viene a ser un paso ficticio; en roscas de triple filete el avance es igual a tres veces el paso; etc.

3 Angulo del filete: Es el ángulo formado por los flancos del filete, medido en el plano. Angulo de la hélice: Es el ángulo formado por la hélice del filete en el diámetro primitivo, con un plano perpendicular al eje. Cresta: Es la pequeña superficie superior del filete que une los dos flancos del mismo. Raíz: Es la superficie del fondo que une los flancos de los filetes adyacentes. Flanco: Es la superficie del filete que une la cresta con la raíz. Eje de la rosca: es el del cilindro o cono en que se ha tallado la rosca. Base del filete: Es la sección inferior del filete, o sea, la mayor sección entre dos raíces adyacentes. Profundidad de la rosca: es la distancia entre la cresta y la base del filete, medida normalmente al eje. Numero de filetes. Es el número de filetes en una longitud determinada que casi siempre es una pulgada. Longitud de acoplamiento: Es la longitud de contacto entre dos piezas acopladas por rosca, medidas axialmente. Altura de contacto: Es la altura de contacto entre filetes de dos piezas acopladas medidas radialmente. Línea primitiva o de flanco: Es una generatriz del cilindro o cono imaginarios especificados en la 3 definición. Grosor del filete: Es la distancia entre los flancos adyacentes del filete, medida a lo largo o paralelamente a la línea primitiva. Discrepancia: Es una diferencia prescrita intencionadamente en las dimensiones de las piezas acopladas, la cual no permite que se rebasen ni la holgura mínima ni la interferencia máxima que convienen al acoplamiento.

4 Tolerancia: Es la magnitud de variación permitida en la medida de una pieza. Medida básica: Es la medida normal, teórica o nominal, a partir de la cual se consideran todas las variaciones. Holgura de cresta: Se encuentra definida en el perfil de un tornillo como el espacio que queda entre uno cualquiera de sus filetes. Y la raíz del filete correspondiente en la pieza de acoplamiento. Acabado: Es el carácter de la forma y superficie de un filete de rosca o de otro producto. Ajuste: Es la relación entre dos piezas acopladas con referencia a las condiciones de acoplamiento, las cuales pueden dar lugar a ajustes forzados, apretados, medios, libres y holgados. La calidad del ajuste depende a la vez de la medida relativa y del acabado de las piezas acopladas. Zona neutra: Es la zona de discrepancia positiva. Limites: Son las dimensiones extremas permitidas por la tolerancia aplicada a una pieza. Designación de los tornillos. Básicamente, la designación de un tornillo incluye los siguientes datos: tipo de tornillo según la forma de su cabeza, designación de la rosca, longitud y norma que lo define. A estos datos, se pueden añadir otros, referentes a la resistencia del material, precisión, etc. Designación de las roscas. La designación o nomenclatura de la rosca es la identificación de los principales elementos que intervienen en la fabricación de una rosca determinada, se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensión del diámetro exterior y el paso. Este último se indica directamente en milímetros para la rosca métrica, mientras que en la rosca unificada y Witworth se indica a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.

5 Por ejemplo: La rosca M 3,5 x 0,6 indica una rosca métrica normal de 3,5 mm de diámetro exterior con un paso de 0,6 mm. La rosca W 3/4 ''- 10 equivale a una rosca Witworth normal de 3/4 pulg de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada. La designación de la rosca unificada se hace de manera diferente: Por ejemplo una nomenclatura normal en un plano de taller podría ser: 1/4-28 UNF - 3B - LH Y al examinar cada elemento se tiene que: 1/4 de pulgada es el diámetro mayor nominal de la rosca. 28 es el numero de rosca por pulgada. UNF es la serie de roscas, en este caso unificada fina. 3B: el 3 indica el ajuste (relación entre una rosca interna y una externa cuando se arman); B indica una tuerca interna. Una A indica una tuerca externa. LH indica que la rosca es izquierda. (Cuando no aparece indicación alguna se supone que la rosca es derecha) Es posible crear una rosca con dimensiones no estándares, pero siempre es recomendable usar roscas normalizadas para adquirirlas en ferreterías y facilitar la ubicación de los repuestos. La fabricación y el mecanizado de piezas especiales aumenta el costo de cualquier diseño, por lo tanto se recomienda el uso de las piezas que están en plaza. Con respecto al sentido de giro, en la designación se indica "izq" si es una rosca de sentido izquierdo, no se indica nada si es de sentido derecho. De forma similar, si tiene más de una entrada se indica "2 ent" o "3 ent". Si no se indica nada al respecto, se subentiende que se trata de una rosca de una entrada y de sentido de avance derecho.

6 Tipos de Rosca Rosca en V Aguda Se aplica en donde es importante la sujeción por fricción o el ajuste, como en instrumentos de precisión, aunque su utilización actualmente es rara. Rosca Redondeada Se utiliza en tapones para botellas y bombillos, donde no se requiere mucha fuerza, es bastante adecuada cuando las roscas han de ser moldeadas o laminadas en chapa metálica. El roscado redondo normalizado es, pese a sus buenas cualidades mecánicas, un roscado poco utilizado debido a las dificultades mecánicas que entraña su ejecución. Su utilización se recomienda para toda unión de órganos susceptibles de recibir choques, como los enganches de vagones. La forma del filete es según la norma alemana DIN 405, con un ángulo de los flancos del filete de 30 y redondeamientos cuyo radio se aproxima a la mitad de la altura del filete. Rosca Nacional Americana Unificada Esta la forma es la base del estándar de las roscas en Estados Unidos, Canadá y Gran Bretaña.

7 Rosca Cuadrada Esta rosca puede transmitir todas las fuerzas en dirección casi paralela al eje, a veces se modifica la forma de filete cuadrado dándole una conicidad o inclinación de 5 a los lados. El roscado cuadrado es un roscado que cada vez tiende más a desaparecer, reemplazado por el roscado trapezoidal; se utilizaba casi exclusivamente para todos los tornillos de accionamiento de las máquinasherramientas. El filete cuadrado es engendrado por el enrollamiento en hélice de un perfil de sección cuadrada con uno de los lados apoyando el cilindro generador. Pudiendo ser los tornillos de varias entradas y hélices, el paso de la hélice es en tal caso, la distancia, expresada en milímetros, comprendida entre dos espiras de consecutivas de la misma hélice medida paralelamente al eje. Rosca Acme Ha reemplazado generalmente a la rosca de filete truncado. Es más resistente, más fácil de tallar y permite el empleo de una tuerca partida o de desembrague que no puede ser utilizada con una rosca de filete cuadrado. Las roscas Acme se emplean donde se necesita aplicar mucha fuerza. Se usan para transmitir movimiento en todo tipo de máquinas herramientas, gatos, prensas grandes C, tornillos de banco y sujetadores. Las roscas Acme tienen un ángulo de rosca de 29 y una cara plana grande en la cresta y en la Raíz. Las roscas Acme se diseñaron para sustituir la rosca cuadrada, que es difícil de fabricar y quebradiza. Hay tres clases de rosca Acme, 2G, 3G y 4G, y cada una tiene holguras en todas dimensiones para permitir movimiento libre. Las roscas clase 2G se usan en la mayor parte de los conjuntos. Las clases 3G y 4G se usan cuando se permite menos juego u holgura, como por ejemplo en el husillo de un torno o de la mesa de una maquina fresadora.

8 Rosca Whitworth Utilizada en Gran Bretaña para uso general siendo su equivalente la rosca Nacional Americana. El sistema whitworth normalizado en Francia con el nombre de paso de gas es la forma de rosca de mayor antigüedad conocida. Es debida a Sir Joseph Whitworth, que la hizo adoptar por el instituto de ingenieros civiles de Inglaterra en Sus dimensiones Básicas se expresan en pulgadas inglesas: 25,4 mm. El tornillo está engendrado por el enrollamiento en hélice de un tornillo isósceles cuyo ángulo en el vértice superior es de 55. La base de este triangulo, situada paralelamente al eje del cilindro de soporte, es, antes de truncada, igual al paso del tornillo. La parte superior y las base del triangulo primitivo isósceles se rodean hasta 1/6 de la altura teórica. Este tipo de rosca da un ajuste perfecto. Como su nombre lo indica, es especialmente utilizada esta rosca para tubos de conducción de gas, tubos de calefacción central y tubos para alojar conductores eléctricos. Así mismo es utilizada para construcción de maquinaria no solo en los países de habla inglesa sino también en los que utilizan el sistema métrico decimal. Como rosca de sujeción, no se debe utilizar en diámetros pequeños, porque el paso resulta en ellos demasiado grande y así la rosca no puede sujetar bien en estos casos se debe sustituir por la rosca métrica. Rosca Sin Fin Se utiliza sobre ejes para transmitir fuerza a los engranajes que equipan las cajas reductoras de velocidad, se cataloga mejor como un engranaje que como rosca. Rosca Trapezoidal Este tipo de rosca se utiliza para dirigir la fuerza en una dirección. Se emplea en gatos y cerrojos de cañones. El roscado trapezoidal normalizado no es, sino el roscado acmé adaptado a las necesidades francesas, e igualmente concebido para suprimir las posibilidades de holguras inherentes a los tornillos de rosca cuadrada.

9 La forma del filete trapezoidal normalizado está engendrada por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un trapecio isósceles en el que el ángulo que forman sus dos lados no paralelos es de 30. También en éste caso las bases del trapecio son paralelas al núcleo del tornillo, y la mayor de ellas coincide con las generatrices del mismo. Fabricación de una rosca. Para proceder a la fabricación de una rosca se pueden seguir al menos tres caminos: forjar la rosca a través de peines, tornearla o maquinarla usando machos y terrajas. La figura siguiente muestra el proceso de fabricación de una rosca interior utilizando una broca para perforar el diámetro interior y un macho para cortar el hilo en la pared de la perforación. Los machos son utilizados para formar hilos interiores, mientras que las terrajas son utilizadas para roscas exteriores. Representación gráfica de la rosca. El dibujo detallado de las roscas es muy difícil de realizar, esto obliga a reemplazarlo por algún símbolo que represente un eje roscado. La siguiente figura muestra las representaciones simplificadas en Europa y Norte América. Nosotros utilizamos principalmente la representación europea.

10 Control de roscas. El principal elemento a medir en una rosca es su diámetro medio, cuyo valor es: dm = d - 0,65 p (para roscas triangulares métricas) d = d - 0,64 p (para roscas triangulares Whitworth) Medición con micrómetro de parlador en V. La lectura proporcionada por este instrumento de medida corresponde al diámetro medio que tiene la rosca medida. Medición con micrómetro y varillas calibradas. En primer lugar, se elige el diámetro de varilla dc más adecuado para el paso p de la rosca a medir por las siguientes expresiones: dc = 0,577 p ( rosca métrica ) dc = 0,564 p ( rosca whitworth ) La cota M a medir sobre varillas es: M = d - 1,516 p + 3dc ( rosca métrica ) M = d - 1,6005 p dc ( rosca whitworth )

11 Pasos a seguir para identificar una rosca. 1º Hay que proceder a medir el diámetro exterior del tornillo. 2º El resultado es una medida algo inferior a 8 milímetros. En este caso 7,85. Teniendo en cuenta que las roscas no acaban en punta cortante sino que tienen la arista redondeada, y mengua algo la medida teórica, yo diría que son métrica 8, a pesar de que también pueda parecerse a un 5/16 de pulgada que en milímetros serían 7, (Hay que aclarar que también podemos encontrar niveles diferencias según la calidad del mecanizado, del desgaste y del tornillo en general). 3º Lo siguiente contar los hilos de rosca en métrico y en imperial preferiblemente para descartar totalmente posibles dudas. Empezamos con galgas métricas y encaja perfectamente la de 1 mm., pero para seguridad probamos con las imperiales y lo que más se parece es la de 26 hilos por pulgada, pero si nos fijamos, no alcanza a encajar perfectamente en toda su longitud. Cabe señalar que en tornillos cortos podemos tener más dudas.

12 4º Con los datos vamos a las tablas y la localizamos. M 8 x 1,00 PF Medición del paso. El paso se puede hallar por varios procedimientos: Por medio de peines de rosca. El más rápido y sencillo es usar las plantillas de peines. Para los casos corrientes, hay que disponer por lo menos de dos juegos; uno, para roscas Whitworth y otro, para roscas métricas. Como el paso de una rosca está, generalmente, ejecutando con precisión, es necesario que la plantilla coincida exactamente con la rosca. Una pequeña inexactitud debe hacer pensar, no en un defecto de construcción de la rosca, si no en la falsedad de la comprobación. En este caso hay que probar otro peine del mismo o de distinto sistema.

13 Por medio de pie de rey y regla. Se puede medir el paso de un tornillo, utilizando un calibrador o una regla. En este caso nunca hay que medir un solo hilo, sino varios, para conseguir cierta exactitud en la medida. Si se trata de rosca Whitworth se toma, en el calibrador o en la regla, una longitud de 1" y se cuenta el número de hilos contenidos en ella. Si se trata de rosca métrica, se toma un número de hilos determinado, por ejemplo 10, y se mide la longitud que ocupan, después se divide la medida obtenida por el número de hilos, y ese será el paso. Medición del diámetro de los flancos. Para facilitar el ajuste y la operación del roscado, los tornillos y tuercas se ajustan sólo en los flancos, por lo cual el diámetro de los flancos es el único que interesa medir con precisión. La medición del diámetro de los flancos se puede hacer de dos maneras: por medio del pálmer y por medio de varillas o alambres calibrados.

14 Palmer de roscas El pálmer, que se emplea para estas mediciones, tiene una de las puntas con un apoyo en forma de V, y la otra, en forma cónica, para ángulo que la rosca que se ha de medir. También hay micrómetros para roscas interiores, que se emplean, sobre todo, para roscas grandes. Método de los tres alambres. Otro método es el de los tres alambres, estos alambres o varillas, si se trata de mediciones de precisión, deben ser perfectamente calibrados y colocados bien paralelos con un dispositivo especial.

15 Medición de ángulo de la rosca. La medición del ángulo de la rosca es, en general, un problema difícil con los medios corrientes. Por medio de peines de rosca. Un resultado poco aproximado, se obtiene con galgas o peines de medir roscas, otro medio para comprobar el ángulo de las roscas, es el de los proyectores de perfiles y los microscopios de taller. Verificación de las roscas con calibres fijos. Estos calibres de roscas consisten en otras roscas, de dimensiones convenientes, muy exactas, generalmente de acero templado y rectificado, que se introducen en la que se va a medir. Los calibres fijos, son aparatos de verificación que se emplean para comprobar grandes series de piezas, pues estos solamente sirven para comprobar una medida concreta con su tolerancia. Calibre fijo pasa/no pasa para verificar roscas de exterior. Calibre fijo pasa/no pasa para verificar roscas de interior

16 Sentido de la rosca En función del movimiento relativo entre el tornillo y la tuerca, existen tornillos y roscas a derechas, que son aquellos que al girarlos en el sentido al de las agujas del reloj entran en la tuerca enroscándose, y a izquierdas, que son aquellos en los que al girar el tornillo en el sentido contrario al de las agujas del reloj, entra en la tuerca enroscándose.