Entre Vueltas y Roscas:

30 HERRAMIENTAS Foto: www.homemodelenginemachinist.com Entre Vueltas y Roscas: A la Industria no le Sobra un Tornillo Metal Actual La teoría es fundamental para la práctica. Los tornillos y las tuercas son operadores capaces de multiplicar el esfuerzo que se realiza sobre ellos; son piezas fundamentales en la unión y sujeción de elementos de todo tipo. El tango, de Enrique Cadícamo e interpretado por Carlos Gardel, Al Mundo le Falta un Tornillo (1933), aunque hace alusión, metafóricamente, a la coyuntura social de la post Gran Depresión, también refiere una verdad a nivel industrial: el sistema tuerca-tornillo es imprescindible y fundamental. Es una de las bases sobre la que se construye todo tipo de máquinas-herramientas, productos y soluciones mecánicas. La importancia de los tornillos y las tuercas industrialmente, e incluso en la vida diaria, es imperiosa. Un simple tornillo que se cae de una prensa troqueladora pone la vida del operario en peligro, una sujeción que se afloja o corroe puede ocasionar el colapso total de una WWW.METALACTUAL.COM

HERRAMIENTAS 31 estructura, y ni que decir de la importancia de los tornillos de bloqueo distal en el fémur de un paciente que sufrió fractura osteoporótica. En otras palabras, se podría afirmar, sin temor a equivocaciones, que al mundo no sólo le falta, sino que no le sobra un tornillo Si bien es cierto las empresas del sector metalúrgico y metalmecánico en Colombia y en el mundo utilizan en general todo tipo de uniones soldadura, herrajes, pasadores, pernos, remaches, bulones, conformado a presión y adhesivos estructurales, entre otros, sin lugar a dudas, entre los procesos de ensamble, la fijación mecánica con sistemas roscados de unión (tuerca-tornillo) es el método más empleado a todo nivel en la cadena industrial, y es una de las más interesantes e importantes líneas de trabajo en los sectores que mecanizan material metálico. Según investigaciones de mercado realizadas por la Cámara Fedemetal de la Andi 1, en la última década, el crecimiento tanto de la producción interna como de las importaciones de tornillos y tuercas en Colombia ha sido exponencialmente considerable. Solamente, durante el 2005, el volumen de las compras de tornillos autoroscables (con más de 2.000 referencias) desde China, creció 92,84 por ciento con respecto al 2004, y 67.50 por ciento en 2006, este último al pasar de 3.709.038 kilos en 2005 a 6.212.776 kilos ese año. A las importaciones chinas, específicamente de este tipo de tornillos, es necesario sumarle las compras nacionales a países como Alemania, Austria, Bélgica, Bielorusia, Brasil, Canadá, Chile, Corea del Sur, Dinamarca y Ecuador, entre muchos otros. En el caso de las tuercas también es evidente el crecimiento del volumen, ya que en promedio, en los últimos cinco años, los volúmenes de compras han aumentado a tasas superiores del 35 por ciento. Foto: www.ironrivets.com La importancia de estos pequeños elementos radica en que su tamaño y forma son diferentes en cada componente instalado, lo que complica y pone en riesgo latente el proceso del sujeción, y es que al elegir el inadecuado, colocar mal o forzar un tornillo, podrían no funcionar correctamente las piezas o, en el peor de los casos, dañarse por completo las mismas. Conocer los diferentes tornillos, tuercas, roscas y métodos de fabricación, no sólo es vital para el diseño y desarrollo de cualquier producto, pieza, componente, máquina o herramienta, sino también es clave a la hora del mantenimiento industrial de los mismos. El siguiente texto, a riesgo de parecer un manual temático sobre los tornillos, roscas y tuercas, describe la teoría fundamental para introducir al lector en este tema, y así sentar las bases para la publicación de nuevos artículos sobre el roscado, su tecnología, procesos, recomendaciones y soluciones prácticas. (Consultar artículo consejos prácticos para roscado con machuelos pag. 38). Entre Tornillos y Tuercas Ahora bien, como nada es obvio y menos en temas de metalmecánica, conviene empezar por la definición básica del tornillo; es decir, se le llama así a todo tipo de pieza que posea una parte cilíndrica o casi cilíndrica cuya superficie posea una espiral continua en forma de hélice. Si la pieza tiene un agujero cilíndrico y su superficie interna está acanalada, se llama tuerca. La rosca, por ser Sin duda, una de las piezas más empleadas por la industria, en todos los campos de aplicación, son los sistemas roscados tuerca-tornillo. la parte más importante de tornillos y tuercas, es un tema que merece un análisis detallado y más amplio. Hasta mediados del siglo XIX, cada fabricante de tornillos y tuercas utilizaba su propio y único sistema de rosca, imposible de estandarizar y adoptar en cualquier otro taller. Hoy por hoy, la industria moderna ha desarrollado sistemas de roscas intercambiables normalizadas, los cuales hacen posible la producción en masa de elementos de fijación roscados para la unión de componentes, la transmisión de potencia o movimiento en toda clase de máquinas, además se emplean para ciertos dispositivos de medición como los micrómetros. Al utilizar, la industria fabricante, un lenguaje común, dimensiones exactas y clasificar las roscas según su forma, utilidad y aplicaciones, a nivel internacional, evita confusiones y ahorra costos. Así, cualquier elemento de sujeción roscado, producido en China, Dinamarca o Colombia, se puede emplear, reproducir o reparar indistintamente en cualquier país. El mercado ofrece un universo amplio de roscas estándar para todo tipo de componentes y roscas especiales para aplicaciones en sectores como el eléctrico, de máquinas-herramientas, minero e hidrocarburos; la forma en que se fabrican los tornillos y las tuercas está determinada por la función que desempeñan. WWW.METALACTUAL.COM

32 HERRAMIENTAS de sus filetes, lo cual las hace más apropiadas para una u otra tarea; las más comunes son: Foto: www.esacademic.com Los elementos básicos de una rosca son: Paso (P): Es la distancia que hay entre dos filetes consecutivos, medidos paralelamente al eje. Los pasos de rosca están normalizados de acuerdo al sistema de rosca que se aplique; 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 /número de filetes por pulgada. Paso en milímetros = 25,4mm/número de filetes por pulgada. Rosca trapecial surco y arista de la rosca sean iguales. Los fabricantes toman el diámetro de paso como una referencia efectiva para evaluar el desempeño de una rosca, dado que la medición de este diámetro no resulta de una medición directa, sino que se obtiene teóricamente de la medición de otras características que ayudan a determinar el tipo de rosca. Ángulo del filete: Es el ángulo formado por los flancos del filete, medido en el plano. Así mismo, hay diversos tipos de rosca que difieren en la forma geométrica Triangulares: Las roscas de filetes en forma de triángulo o agudas son las más usadas, principalmente en pernos, tornillos y tuercas de fijación para uniones de tubos. También se emplean en tornillos de fijación y tuercas de todo tipo; el truncamiento del filete facilita las operaciones de desmontaje, pero también disminuye la estanqueidad (fuerza) de la unión. Las roscas triangulares finas (con paso menor que el normal) se emplean cuando la longitud de la unión atornillada es corta, 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. Cuadradas: También se llaman rectangulares y se usan en menor medida que las demás, en especial, se emplean para ejercer fuerza en prensas y para la transferencia de movimiento. Diámetro mayor (D): Es el diámetro exterior o nominal. También están normalizados de acuerdo al sistema de rosca que se utilice y es la medida máxima del filete del tornillo o de la tuerca, va de punta a punta de la cresta de un filete. Diámetro menor o de fondo (d): También conocido como diámetro interior, del núcleo o de raíz. Es el diámetro mínimo del filete de tornillo o tuerca, que cubre los valles de una rosca externa o las crestas de una rosca interna. El diámetro menor, está dado por el taladrado previo que se hace antes del proceso de roscado con la broca. Diámetro primitivo, de paso, flanco o medio (Dp): En una rosca cilíndrica, es el diámetro de un cilindro imaginario cuya superficie intersecta el perfil de la rosca por la mitad del filete (entre la cresta y el valle), de una forma tal que los anchos del Fuente: B.H. Aamstead. Ph.F. Ostwald. Procesos de Manufactura Versión SI. Editorial CECSA.

HERRAMIENTAS 33 Trapezoidales (filetes con forma de trapecio isósceles): Son usadas para la transmisión de fuerza en una dirección, se emplean en sistemas de gatos, tornillos de banco, sujetadores y cerrojos especiales. Redondas: Se utilizan para roscas que tienden a soportar desgaste y para tapas, tapones de envases, botellas y casquillos de bombillos, que no requieren de fuerza excesiva. No se pueden roscar a mano con machuelos y terrajas, por lo que deben maquinarse en torno, fresa, por laminación o con una fresa madre. Diente de sierra (con forma de trapecio rectángulo): Generalmente se usan en sistemas de transmisión para dirigir grandes esfuerzos, por ejemplo husillos de prensas y mordazas de tornos. Formas normalizadas de roscas de tornillo A, Nacional Americana (ANSI B1.1 1974); B, Métrica Internacional (ISO); C, Rosca cuadrada (ANSI b1.5 1973); D, Rosca para tornillo Acme. Fuente: B.H. Aamstead. Ph.F. Ostwald. Procesos de Manufactura Versión SI. Editorial CECSA.

34 HERRAMIENTAS Las roscas también pueden ser diferenciadas entre sí por el sentido de giro que tenga su hélice, es decir: con dirección hacia la derecha (penetración de acuerdo a las manecillas del reloj), o a la izquierda (contra de las manecillas del reloj), aunque es más frecuente la primera. Las derechas se encuentran en la mayoría de uniones y las roscas a izquierda se emplean cuando existe exceso de vibración entre los componentes a unir, para evitar que se aflojen, como en cilindros de gas y bujes. Entre las distintas roscas disponibles están, además de las normales, otras de perfiles especiales como roscas miniatura, extra largas, de paso variable, cónicas (cuyo cuerpo es un cono y se usan cuando éstas deben mantenerse fuertemente dentro del componente), de varias entradas (más de un filete) y de perfil profundo o buttress es una de las primeras conexiones acopladas que apareció en el mercado petrolero mundial, se utilizan para tubería de revestimiento y su fabricación está sustentada en las normas API 5B. (Ver diagrama formas normalizadas de roscas de tornillo). El paso y el tipo de rosca determina la fuerza de sujeción que el tornillo o la tuerca tendrán en la aplicación, una rosca fina, con una menor distancia entre filetes, soporta mayores esfuerzos y garantiza mejor sujeción. De la misma manera, la elección de la forma del filete está determinada por la función del mecanismo. Nomenclatura de la Rosca La designación o nomenclatura de la rosca es la identificación internacional de los principales elementos que intervienen en la fabricación de una rosca determinada y manifiesta por medio de una letra representativa que indica la dimensión del diámetro exterior y el paso. La designación describe los elementos de fabricación y sus dimensiones, como los diámetros y el paso. En términos generales, se puede decir que existen dos tipos fundamentales Fuente: B.H. Aamstead. Ph.F. Ostwald. Procesos de Manufactura Versión SI. Editorial CECSA. Terraja redonda de sistemas normalizados de roscas: El sistema internacional ISO., comúnmente denominado rosca Métrica (M), en el que el paso se indica directamente en milímetros y el sistema inglés o rosca Whitworth, cuyo paso se indica a través de la cantidad de hilos existentes en una pulgada, en sus versiones de paso normal o de paso fino (BSW y BSF respectivamente); el Whitworth para tubos tiene su propia denominación (GAS). Además, para diversas aplicaciones, se emplea el antiguo sistema de roscas Sellers (U.S.S), corrientemente utilizado en los Estados Unidos y Canadá, hoy denominado y actualizado como Sistema Norteamericano Unificado, compuesto por los tipos de rosca unificada basta (UNC), unificada fina (UNF), y la serie unificada extrafina (UNEF). Rosca Métrica (Organización Internacional de Normalización, ISO). Este tipo de rosca está formada por un filete helicoidal en forma de triángulo equilátero con las crestas truncadas y los fondos redondeados. El ángulo que forman los flancos de los filetes es de 60 y el paso de la rosca es igual a la distancia que hay entre dos vértices de dos crestas consecutivas. La rosca métrica se indica con el diámetro nominal del tornillo precedido de la letra M, por ejemplo, un tornillo de M10, se refiere a un tornillo con diámetro exterior o nominal de 10 mm, y de paso normalizado 1,5 mm. En el caso de que el paso sea fino aparecerá como M10 x 1,25 que indica que la rosca es métrica 10 con paso de 1,25 mm. Rosca Whitworth (Sistema inglés). En ella el ángulo que forman los flancos de los filetes es de 55, las crestas y los fondos son redondeados. El diámetro nominal o exterior de estas roscas se expresa en pulgadas: por ejemplo ½, 1, etc. El paso se halla contando el número de hilos o filetes que hay en una pulgada, y se expresa en hilos por pulgada. Se identifica con la letra G después del número: por ejemplo, ½ 18 G. Sistema Norteamericana Unificada (UNC, UNF Y UNEF): Las roscas para Tornillos Unificadas con preferencia

HERRAMIENTAS 35 a las series basta y fina. La serie de roscas basta se usa, generalmente, para la producción a granel de tornillos, birlos y tuercas. La serie basta UNC garantiza más resistencia al desgarramiento de las roscas interiores que las series fina y extrafina. La serie fina UNF se usa, preferiblemente, por su alta resistencia en aplicaciones donde son frecuentes las vibraciones; este tipo tiene menor profundidad de la rosca y un diámetro de raíz mayor que la serie basta. La serie extrafina UNEF se emplea para máquinas y piezas roscadas que requieren ajuste fino como en los tornillos de ajuste. Fuente: B.H. Aamstead. Ph.F. Ostwald. Procesos de Manufactura Versión SI. Editorial CECSA. Mecanizado de Roscas Las roscas pueden fabricarse por medio de diferentes procesos de manufactura: con herramientas manuales denominadas machos o machuelos,

36 HERRAMIENTAS muchas dificultades técnicas, entre las que destacan las condiciones de trabajo, la lubricación, el uso de machos de roscar de calidad y la evacuación de la viruta. Foto: www.komet.com El roscado torbellino es un proceso de laminación de roscas de alta precisión, con el cual se pueden manufacturar grandes lotes de piezas en cuestión de horas. cojinetes o terrajas, o mediante máquinas tanto de roscado en torno, taladradoras, fresas o por laminado. El procedimiento seleccionado depende de la cantidad de piezas a fabricar, la exactitud y la calidad que debe ofrecer la superficie de las hélices, entre otros factores. El roscado se ejecuta sobre agujeros de piezas que han sido con anterioridad taladrados, unos con agujeros ciegos y otros pasantes. El agujero pasante es el que atraviesa todo el metal y el ciego es aquel que tiene una determinada profundidad pero no llega a traspasar la pieza que está perforando. Los machuelos y terrajas son usados para mecanizar las roscas de tuercas (rosca interior) y tornillos (rosca exterior), respectivamente, en componentes sólidos tales como, metales, madera, y plástico, frecuentemente para reparar o recuperar roscas averiadas. Los machuelos tienen forma de tornillos con aristas longitudinales de corte en su punta, las cuales permiten el mecanizado de material, además están provistos de canales para la salida de la viruta. Están fabricados en acero HSS de alta calidad con aleaciones entre 3 y 5 por ciento de cobalto, vanadio o aleaciones especiales de nitruro de titanio (TiN). Las terrajas o cojinetes de roscar, para realizar roscas exteriores en varillas, son herramientas cilíndricas de acero al carbono o acero rápido. En su interior lleva mecanizada una rosca con tres o más ranuras longitudinales, que forman aristas de corte. La entrada de la rosca de la terraja tiene, en una de sus caras, un avellanado de 60 a 120, que facilita el inicio y centrado de la rosca. En la cara posterior, lleva grabadas sus medidas; por ejemplo, M12 x 1,25 que corresponde a una rosca métrica 12 con paso de 1,25 mm. Éstas se emplean con giramachos y portaterrajas de acero fabricados para girar la herramienta de corte durante el roscado. El roscado a máquina, para las grandes producciones y roscado en serie, se puede dividir en dos tipos, el primero se efectúa con machos de roscar de arranque de viruta (torno o fresa) y el segundo con machos de laminación, que estampan la rosca en la superficie de la pieza. El roscado a máquina ha tenido que superar Actualmente, el avance tecnológico más destacado, en esta área, lo representa el roscado por torbellino, una opción para producir roscas en tiempo récord de producción. Según algunos fabricantes, es un proceso, especializado para el mecanizado de tornillos y piezas roscadas, que llega a ser hasta nueve veces más rápido que los métodos tradicionales y, según el caso, sin necesidad de operaciones de acabado. El torbellino es esencialmente un proceso de roscado mediante el cual el cabezal porta-herramientas gira alrededor de la pieza. El porta-herramientas está equipado de múltiples dientes de corte para el tallado de la rosca mientras orbita alrededor de la pieza. La flexibilidad que ofrece el roscado por torbellino posibilita reducciones de costes simplificando preparaciones y agilizando ciclos. Citas 1) LA CADENA DE VALOR SIDERÚRGICA Y ME- TALMECÁNICA EN COLOMBIA. En la primera década del siglo XXI. Estudio Elaborado para ILAFA por la Cámara Fedemetal de la Andi. Agosto de 2011. Fuentes B.H. AMSTED. PH.F.OSTWALD. M.L. BEGE- MAN. Procesos de Manufactura Versión SI. Editorial Cecsa. Pág 748-766. México, 2005. DOMÍNGUEZ SORIANO Esteban José. FERRER RUIZ Julián. Mecanizado básico y soldadura. Editex. España, 2008. KALPAKJIAN Serope. R. SCHMID Steven. SÁNCHEZ Gabriel. Manufactura, ingeniería y tecnología. Pearson Educación, 2002. www.interempresas.net - www.aprendizaje. com.mx - www.komet.com - www.neco.es - ingmecanicogeorge.blogspot.com - herramientacorte.blogspot.com WWW.METALACTUAL.COM