Roscas de tornillo

Diseño industrial. Estandarización o normalización. Roscas trapeciales. Cabeza hexagonal

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ROSCAS DE TORNILLOS

HISTORIA

Las constancias más antiguas del tornillo se encuentran en los escritos de Arquímedes. En la edad media se utilizaban tornos para tallar las roscas, en los periodos posteriores se utilizaban matrices. La punta aguda de barrena apareció hasta 1846. En 1841, Sir. Joseph Whitworth hizo el primer intento de unificar un estándar, este fue adoptado por toda Inglaterra y Europa, pero no en Estados Unidos.

ESTANDARIZACIÓN O NORMALIZACIÓN

El intento inicial de estandarizar las roscas de tornillo en los EU. se introdujo en 1864 por el instituto Franklin. Este sistema fue ideado por William Sellers. Este sistema fue útil solo hasta que apareció el automóvil, el aeroplano y otras clases de equipos modernos. Pronto fue autorizada la comisión Americana de Roscas de tornillos por una ley en 1918 e introdujo los estándares que se usan actualmente en los EU. El trabajo ha sido realizado por el ANSI y varios comités ínter departamentales. Más tarde, estas organizaciones en cooperación con los representantes de los gobiernos británico y canadiense establecieron un acuerdo, la “Declaración de Acuerdo”, que establece la rosca para tornillos unificada para los tres países, y se firmó en Washington DC el 18 de noviembre de 1948.

TERMINOLOGÍA DE LAS ROSCAS DE TORNILLOS

ROSCA DE TORNILLO. Un filete de sección uniforme que se extiende en forma de hélice sobre la superficie exterior o interior de un cilindro o cono.

ROSCA RECTA. Rosca tallada sobre un cono.

ROSCA EXTERNA. De un tornillo.

ROSCA INTERNA. De una tuerca.

ROSCA A LA DERECHA. Visto desde la cabeza, rosca arrollada en el sentido de las manecillas del reloj.

ROSCA A LA IZQUIERDA. Es lo contrario a la anterior; se designa por L-H (left-hand)

FORMA. El perfil (de la sección transversal) del filete ó hilo de la rosca.

CRESTA. La arista o superficie que une los flancos o caras de una rosca y que está más alejada del cilindro o cono sobre el que sobresale la rosca.

RAÍZ O FONDO. La arista o superficie que une los flancos o lados de filetes adyacentes y que coincide con el cilindro o cono del que sobresale la rosca.

PASO. La distancia entre dos puntos correspondientes de dos filetes o hilos consecutivos medida paralelamente al eje. Esta distancia es una medida del tamaño de la forma de la rosca usada.

AVANCE. La distancia que una pieza roscada se mueve axialmente, respecto a la pieza fija en que encaja, en una revolución completa.

HILOS POR PULGADA. El recíproco del paso y el valor especificado para regir el tamaño de la forma de la rosca.

DIÁMETRO MAYOR O NOMINAL. El diámetro más grande de una rosca de tornillo.

DIÁMETRO MENOR O DE LA RAÍZ. El diámetro más pequeño de una rosca de tornillo.

DIÁMETRO DE PASO O PRIMITIVO. En una rosca recta, 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.

PROFUNDIDAD DE LA ROSCA. La distancia entre la cresta y la raíz medida perpendicularmente al eje.

ROSCA SENCILLA O DE UNA SOLA ENTRADA. Una rosca cuyo filete esta tallado sobre una sola hélice del cilindro. En una rosca sencilla, el avance y el paso son iguales. Las roscas son siempre sencillas, a menos que se indique lo contrario.

ROSCAS MÚLTIPLES O DE ENTRADA MÚLTIPLE. Una combinación de roscas de la misma forma, talladas sobre dos o más hélices del cilindro. En este tipo de roscas, el avance es un múltiplo entero del paso. Una rosca múltiple permite un avance más rápido sin que su forma o perfil tenga que ser más grande.

FORMAS DEL FILETE DE LAS ROSCAS.

Las usan en tornillos o piezas de unión, en dispositivos para hacer ajustes y para la transmisión de potencia y movimiento. Para estos distintos fines se emplean varias formas de roscas. Las cotas dadas en la Fig. 3 son las de las formas básicas de las roscas. En la práctica se deben dejar holguras o juegos entre los filetes de las roscas externas e internas.

Las roscas en forma de V aguda ó cresta viva, que se usó antiguamente aunque en grado limitado, raras veces se emplea en la actualidad; es difícil mantener la agudeza de las raíces en la producción en masa. Esta forma es de interés, sin embargo, por ser la base de otras roscas más prácticas del tipo V; además, a causa de su simplicidad, se emplea en los dibujos como una representación convencional para las demás roscas del tipo V.

Las roscas del tipo V se emplean primordialmente en piezas de unión y para hacer ajustes. Para estos fines la forma estándar de la rosca en los EU es la Nacional Americana (American National). Esta forma es también la base de del estándar de las roscas unificadas para tornillos de los EU, Canadá y Gran Bretaña, y como tal se le conoce como Rosca Unificada.

La forma de Filete Truncado o corto (sin punta) de 60º se prefiere algunas veces, cuando en vez de rosca de varias entradas, una rosca sencilla de forma Nacional tendía demasiada profundidad. El estándar Británico en la rosca Withworth, a 55º, con creta y raíces redondeadas. Para roscas pequeñas se emplea la rosca estándar de la Asociación Británica, a 47 ½ º, medida en el sistema métrico. Los estándares, o normas, francés y métrico internacional tienen una forma semejante a la rosca estándar Nacional Americana, pero están dimensionados en el sistema métrico.

Las formas en V no son convenientes para transmitir fuerza o potencia, ya que una parte del empuje tiende a reventar la tuerca. No ocurre esto cuando se emplea la Roca con filete Cuadrado, pues transmite todas las fuerzas en dirección casi paralela al eje del tornillo. La rosca de filete cuadrado puede tener la mitad del número de hilos en el mismo espacio axial que una rosca en V del mismo paso y, en consecuencia, el esfuerzo solo tiene la mitad de la resistencia a la cortadura.

A causa de las dificultades que presenta su talla, la rosca Acme ha reemplazado generalmente a la de filete cuadrado. Es más resistente, más fácil de tallar, y permite el empleo de una tuerca partida o de desembrague que no puede utilizarse con una rosca de filete cuadrado.

La Rosca Acme de filete truncado es resistente y adecuada para las aplicaciones de transmisión de fuerza en que las limitaciones de espacio la hacen conveniente.

La Rosca Trapecial en dientes de sierra, usada para transmisión de fuerza en un solo sentido, tiene el rendimiento de una de filete cuadrado y la resistencia de la rosca V. Antiguamente se producía con un flanco (o cara) de presión vertical; la más reciente, con inclinación de 7º, es más fácil de hacer. Se llama también a veces “rosca de cierre”, porque se utiliza en los grandes cañones para absorber la reculada.

La rosca de Filete redondo o de cordón es especialmente adecuada cuando las roscas han de ser moldeadas o laminadas en chapa metálica. Puede observarse en jarras de vidrio, y en forma de poca altura en bases de lámparas incandescentes comunes. Las roscas interiores se hacen por tallado (o corte), mientras que las exteriores se hacen por tallado o laminado. Las pruebas demuestran que las roscas laminadas son considerablemente más fuertes que las roscas talladas. Por forjado en frío, la laminación agrega tenacidad y resistencia a la porción roscada.

ROSCAS PARA TORNILLOS Y PIEZAS DE UNIÓN EN EL SISTEMA MÉTRICO.

El American National Standards Commitee ha desarrollado un documento sobre roscas métricas de tornillos para proporcionar una lista autorizada de roscas y tornillos de unión aceptada por la ISO. Actualmente se cuenta con 4 recomendaciones que son:

  • ISO/R68-ISO Perfiles básicos para las roscas triangulares de tornillos

  • ISO/R261-ISO Roscas métricas para tornillos.

  • Roscas métricas ISO para tornillos, pernos y tuercas, de 6 a 36 mm

  • Roscas métricas ISO para tornillos de uso general-tolerancias principales y datos básicos.

  • Es de lamentar que este documento aún no sea emitido y que no se cuente con estándares definitivos. Actualmente los estándares con que se cuenta son:

  • Roscas métricas ISO para tornillos

  • Práctica Americana para medición y calibración de roscas métricas para tornillos.

  • ROSCAS ESTANDAR UNIFICADAS PARA TORNILLOS. TRDUCCIÓN AL SISTEMA MÉTRICO.

    DIMENSIONES.

    Los valores métricos en las tablas que limitan las dimensiones se han traducido de los valores en pulgadas tabulados en el USAS B1.1.En todos los casos, los valores métricos han sido redondeados hacia los valores internos de la zona de tolerancia, esto es, los límites máximos han sido redondeados hacia los valores bajos y los límites mínimos hacia los valores altos.

    DESIGNACIONES.

    La designación que se haga de una rosca estándar unificada para tornillos se expresará en dimensiones métricas y debe hacerse como sigue:

    En los dibujos o documentos en los que utilicen unidades métricas la designación debe expresar, en la secuencia adecuada, el tamaño normal (indicado en décimas de pulgada), el número de hilos por pulgada, el símbolo de la serie y el símbolo de la clase de hilos en el tornillo. Todas las dimensiones complementarias deben estar expresadas en unidades métricas. Las dimensiones equivalentes en pulgadas se indicarán dentro de un paréntesis y serán incluidas solamente si se desea.

    Ejemplo: (sobre un dibujo o documento métrico)

    0.250-28 UNF-2A

    PD 5.735 - 5.652

    (0.2258 - 0.0255 pulg) (Opcional)

    (Sobre un dibujo o documento en pulgadas)

    0.250-28 UNF-2A

    PD 0.2258- 0.0255

    (5.735 - 5.652 mm) (Opcional)

    DESIGNACIONES PARA LAS ROSCAS PARA TORNILLOS.

    DESIGNACIONES BÁSICAS.

    Las roscas métricas para tornillos se encuentran designadas por la letra “M” seguida del tamaño nominal (diámetro mayor básico en milímetros) y el paso en milímetros, separados por el signo “x”. Para la serie de roscas ordinarias la indicación del paso debe ser omitida.

    Ejemplos:

    Serie de roscas: M6

    Otros tipos de roscas: M8 x 1

    DESIGNACIONES COMPLETAS

    Una designación completa para una rosca métrica para tornillos ISO comprende, además de la designación básica con una diagonal, incluyéndose el símbolo para la tolerancia del diámetro de paso el cuál irá inmediatamente después del símbolo para el diámetro de la cresta. Cada uno de estos símbolos debe al mismo tiempo estar constituido, primero, por una cifra que indique el grado de tolerancia seguida por una letra que indicará la posición de la tolerancia (una letra mayúscula para roscas internas y minúscula para cuerdas externas).

    Ejemplos:

    2) Tamaño nominal 3) Paso

    M6 x 0.75 - 5g6g

    1) Designación de la rosca métrica

    4) Designación de la clase de tolerancia

    Grado de tolerancia

    Posición de la tolerancia

    Grado de tolerancia

    Posición de la tolerancia

    Cuando los símbolos de las tolerancias del diámetro de la cresta y el paso sean idénticos, el símbolo no necesita repetirse y solo debe darse una vez.

    Ejemplo: M20 x 2 - 6H

    DESIGNACIONES DE LAS LONGITUDES DE CONTACTO.

    Cuando se considere necesario, el grupo de símbolos correspondientes a las longitudes de contacto pueden agregarse a la designación de la clase de tolerancia.

    Ejemplo:

    M6 - 7g6gL L = Grupo de símbolos de longitudes de contacto.

    DESIGNACIONES PARA LAS CIRCUNFERENCIAS DE RAÍZ REDONDEADAS.

    Cuando son especificadas las circunferencias externas de raíz redondeadas, el valor mínimo del radio de raíz debe ser agregado a la designación de la clase de tolerancia.

    Ejemplo.

    M6 - 5g6g 0.100 R

    DESIGNACIONES PARA ROSCAS REVESTIDAS.

    Para roscas revestidas (o enchapadas), la designación de la parte roscada debe indicar si las clases de tolerancias especificadas para las roscas se han aplicado antes o después del revestimiento o enchapado.

    Ejemplo:

    M6 - 5g6g Enchapada antes (revestimientos normales)

    M6 - 5e6e Enchapada antes (revestimientos gruesos)

    M6 - 5h6h Enchapada después

    ROSCAS UNIFICADAS.

    No todas las combinaciones de diámetro y paso que figuran en el estándar americano para “Roscas de Tonillo Unificada y Americana” aparecen en los estándares británico y canadiense. Las combinaciones usadas en común por los tres países se llaman Roscas Unificadas (Unified threads) y se identifican por la letra U en la designación de la serie. Las roscas unificadas solo emplean las clases 1A y 1B, 2A y 2B, y 3A y 3B. Cuando se usa una de estas clases y no aparece la U en la designación, la rosca se conforma a los principios en los que están basadas las roscas unificadas.

    La tabla de las roscas de tornillo Unificada y Nacional Americana indica las clases para las cuales tiene cada serie datos tabulados en los estándares. Las roscas de combinaciones de diámetro y paso, pero de una clase para la cual no hay datos tabulados en el estándar, se designan por UNS si se trata de una combinación unificada y por NS si no lo es.

    ROSCAS ACME Y ACME DE FILETE TRUNCADO O CORTO.

    Estas roscas han sido estandarizadas por el ANSI en una serie de combinaciones de diámetro y paso. Además, el estándar proporciona especificaciones para dos aplicaciones generales de las roscas Acme: para fines generales y para centralización. Las tres clases de roscas 2G, 3G y 4G, estandarizadas para fines generales tienen holguras o juegos en todos los diámetros para conseguir movimiento libre. Las roscas Acme para centralización tienen un ajuste estrecho en el diámetro mayor para mantener el alineamiento del tornillo y la tuerca y están estandarizadas en cinco clases: las 2C, 3C, 4C, 5C y 6C. La Acme de filete truncado o corto solo tiene una clase para uso general.

    ROSCAS TRAPECIALES EN DIENTES DE SIERRA.

    Estas roscas se han estandarizado de una manera diferente de las de otros tipos. En ellas se definen completamente la forma de la rosca y la clase de ajuste. No se define la serie de estas roscas, pero se proporciona una tabla de diámetros recomendados y sus pasos asociados. Como el número de pasos asociados varía de tres a once (dependiendo del diámetro de la rosca), la designación de una serie de rosca sólo servirá para agregar una complicación. Tres clases de ajuste son estándares: el de clase 1 (libre), el de clase 2 (medio) y el de clase 3 (estrecho).

    ESPECIFICACIÓN DE ROSCAS.

    Se necesitan las vistas diédricas de una rosca para situar en posición dimensionalmente la rosca sobre la pieza. Además, dichas vistas indican si la rosca es exterior o interior. Todo el resto de la información conocida como “especificación”, se recoge normalmente por medio de una nota o de cotas y una nota. Además de aparecer en los dibujos, puede necesitarse la especificación en la correspondencia, en las listas de piezas en bruto y terminadas, etc.

    Las características de una rosca sobre las cuales es esencial dar la información al fabricante son la forma, el diámetro (mayor) nominal, el número de hilos por pulgada y el paso.

    DIBUJO DE TORNILLOS DE UNIÓN DE FORMAS CUADRADAS Y HEXAGONAL.

    Las cabezas y las tuercas cuadradas y hexagonales se dibujan con dos aristas enrasadas por los planos visuales en todas las vistas, mostrando así sus caras, a no ser que exista alguna razón especial para dibujarlas con dos de sus caras planas enrasadas. Más adelante se describen los pasos que hay que seguir para dibujar las cabezas hexagonales tanto con aristas enrasadas como con caras planas enrasadas.

    Estos principios se aplican de igual modo para el dibujo de tuercas. Se debe conocer la información siguiente: 1) tipo de cabeza o tuerca; 2) si es regular o pesada; 3) si es semiacabada o sin labrar; y 4) el diámetro nominal. Utilizando esta información, se obtienen en las tablas los datos adicionales W (entre-caras), H (altura de la cabeza), y T (espesor de la tuerca).

    PASOS PARA EL DIBUJO DE UN CABEZA HEXAGONAL.

    Vistas Laterales De La Cabeza Hexagonal.

    Trácese una circunferencia de diámetro W y luego dibújese el hexágono con la regla T y la escuadra de 30º-60º.

    Alzados Frontales De La Cabeza Hexagonal De Un Tornillo.

  • Establézcase el diámetro, la altura de la cabeza y el espesor de su forma arandela. El espesor real de la forma de arandela para todos los tornillos de unión es de 1/64 “, pero se puede aumentar hasta 1/32” para su dibujo.

  • Trácese, ligeramente, las aristas verticales de las caras, que sobresalen en la vista lateral.

  • Con radio de W/2 trácense los arcos de circunferencia que determinan los centros P1 y P2.

  • Trácense los arcos de chaflán, utilizando los radios y los centros indicados.

  • Complétense las vistas. El diámetro de la forma de arandela es igual a W. En la vista trazada enrasando las aristas, ilústrese el chaflán igual a 30º.

  • Cresta: Diámetro, tolerancia: Símbolo.

    Diámetro de paso, Símbolo de tolerancia