INTRODUCCIÓN Se llama en mecánica tornillo a cualquier pieza que tenga una parte cilíndrica o casi cilíndrica con un canal en forma de hélice continua. Si una pieza posee un agujero cilíndrico cuya superficie interna esta acanalada diremos que es una tuerca. Los tornillos y las tuercas tienen innumerables aplicaciones: sujetar unas piezas a otras, como los tornillos que unen el motor del automóvil al bastidor, transmitir y transformar fuerzas, como el husillo de una prensa, guiar un movimiento etc. Los tornillos se utilizan para unir entre si diversas partes de una maquina. Así, el mecánico debe conocer perfectamente los diferentes tipos de rosca comercial así como el método e especificar las tolerancias deseadas para el montaje entre tornillo y tuerca. La industria moderna ha desarrollado un sistema de roscas intercambiables normalizadas, el cual hace posible la producción en masa de elementos de fijación roscados y tornillos para la transmisión del movimiento en toda clase de maquinas de precisión. Las roscas se utilizan también como un medio de para las mediciones de precisión; el micrómetro, por ejemplo, depende del principio de la rosca para obtener mediciones dentro de diezmilésimas de pulgada, o de medias centésimas de milímetro.
1. HISTORIA DE LAS ROSCAS Los tornillos y las roscas se han venido usando durante siglos como medios de unión o de fijación de las piezas metálicas conjuntamente. Así, la idea de constituir una forma similar al roscado parece remontar bastante lejos en la historia, puesto que Arquímedes fue el primero que tuvo la idea de de enrollar un tubo según una hélice geométrica, sobre la periferia de un cilindro, con el objeto de constituir un dispositivo elevador de agua. Ya en aquella época la idea del roscado pudo ser dada por la observación de cómo penetra en la madera una tijereta. Pero, de todas formas, los primeros tornillos necesariamente tuvieron que ser a mano. En cuanto a las primeras tuercas, fueron ejecutadas mediante un diente metálico incrustado en el primer filete de un tornillo de madera. En la edad media, las tuercas y los tornillos ya se empleaban para la sujeción de armaduras y de las corazas. La ventaja principal del uso de las roscas es que las piezas pueden montarse y desmontarse sin deteriorarse. Se utilizaban igualmente los tornillos de madera después de la aparición de la imprenta, puesto que todas las prensas de imprimir los llevaban. Desde esa época la forma de los tornillos y de las tuercas fue haciéndose mas precisa a medida que su reproducción se multiplicaba.
2. CLASIFICACIÓN DE LAS ROSCAS Las roscas pueden clasificarse de variadas maneras. Según el número de filetes: • •
Roscas de una sola entrada, que tienen un filete. Roscas de varias entradas, con varios filetes. 1
Según la forma del filete pueden ser: •
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Roscas triangulares, cuando la sección del filete tiene la forma aproximada de un triangulo. Son las más usadas. Roscas trapeciales, cuando la sección del filete tiene forma de trapecio isósceles. Roscas cuadradas. Roscas redondas. Roscas de diente de sierra, cuya sección tiene la forma de un trapecio rectángulo
Según su posición las roscas se clasifican en: • •
Roscas exteriores si pertenecen al tornillo. roscas interiores si pertenecen a la tuerca.
Según su sentido se dividen en: • •
Rosca a derecha cuando avanza o gira en sentido de las manecillas del reloj. rosca a izquierda cuando avanza o gira en sentido contrario a las manecillas del reloj.
3. PARTES FUNDAMENTALES DE UNA ROSCA TÉRMINOS Y DEFINICIONES •
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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 numero 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 •
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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. 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. 2
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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. 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.
4. SISTEMAS DE ROSCAS En la industria se han utilizado gran cantidad de tipos de roscas. Para disminuir confusiones y ahorrar gastos se ha procurado en los diversos países normalizar las roscas, en otras palabras, darles dimensiones exactas y clasificarlas según su forma, utilidad y aplicaciones; dentro de cada uno de esos grupos establecer las proporciones más convenientes y una serie de medidas normales convenientemente escalonadas para que puedan cubrir las necesidades más comunes. Se llama Sistema de Roscas a cada uno de los grupos en que se pueden clasificar las roscas normalizadas con especificaciones o reglas que deben cumplir. Estas se refieren a los siguientes puntos: • • • •
Forma y proporciones el filete Escalonamiento de los diversos diámetros. Paso que corresponde a cada uno de los diámetros Tolerancias que se admiten en las medidas
Los principales sistemas empleados los clasificaremos para su siguiente estudio según el organigrama:
4.1. ROSCAS DE SUJECIÓN Se llaman así las roscas empleadas en la construcción normal mecánica para la fijación energética de determinadas piezas de máquinas. Éstas roscas tienen, en general, filete de sección triangular en forma de triangulo isósceles o equilátero, pero no un triangulo perfecto, sino con el vértice truncado en forma recta o redondeada. Al fondo de la rosca también se le da forma truncada o redondeada. En la práctica el perfil de la tuerca no encaja perfectamente con el tornillo sino que se hacen las roscas con 3
juego en los vértices ajustando los flancos. Se exceptúan las roscas estancas, aquellas que no dejan ningún escape, para evitar la salida de gases o líquidos. En éstas se suprime completamente el juego haciendo el fondo y la cresta del tornillo exactamente con el mismo perfil que la cresta y el fondo de la tuerca., En las roscas de sujeción, como el ajuste solo se hace en los flancos, no tiene importancia la exactitud de los diámetros interior y exterior, con tal que las crestas de una rosca no puedan tocar los fondos de la otra al a que se acoplan, en cambio tiene gran importancia la exactitud del diámetro medio o diámetro de los flancos pues de el depende el buen ajuste de la rosca.
4.1.1 ROSCA WHITWORTH 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 1841. Sus dimensiones Básicas se expresan en pulgadas inglesas: 25,4 Mm.
4.1.1.1Forma del filete 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.
4.1.1.2 Dimensiones
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D = Diámetro nominal del tornillo expresado en pulgadas inglesas (25.4 Mm.) P = Paso expresado en número de hilos por pulgada h = altura de los filetes = 0,6403 P. r = radio de las truncaduras = 0,1373 P d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D−1,2086 P
4.1.1.3Usos 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.
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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. TABLA DEL SISTEMA WHITWORTH Diámetro DIMENSIONES EN MILÍMETROS exterior Número de Diámetro en hilos por exterior pulgadas pulgada 1/8 40 3,175 2,768 2,362 5/32 32 3,969 3,461 2,952 3/16 24 4,762 4,085 3,407 7/32 24 5,556 4,879 4,201 1/4 20 6,349 5,536 4,723 5/16 18 7,937 7,033 6,130 3/8 16 9,524 8,508 7,492 7/16 14 11,120 9,950 8,789 1/2 12 12,699 11,344 9,989 9/16 12 14,287 12,931 11,576 5/8 11 15,874 14,396 12,918 11/16 11 17,465 15,983 14,505 3/4 10 19,049 17,423 15,797 13/16 10 20,637 19,010 17,384 7/8 9 22,224 20,417 18,610 15/16 9 23,812 22,004 20,197 1 8 25,399 23,366 21,333 1 1/8 7 28,574 26,251 23,927 1 1/4 7 31,749 29,426 27,102 1 3/8 6 34,924 32,213 29,502 1 1/2 6 38,099 35,388 32,677 1 5/8 5 41,279 38,021 34,768 1 3/4 5 44,449 41,196 37,943 1 7/8 4,5 47,624 44,099 40,395 2 4,5 50,799 47,184 43,570 2 1/8 4,5 53,974 50,359 46,745 2 1/4 4 57,148 53,082 49,016 2 3/8 4 60,323 56,258 50,192 2 1/2 4 63,498 59,432 55,366 2 5/8 4 66,673 62,608 58,542 2 3/4 3,5 69,848 65,200 60,552 2 7/8 3,5 73,023 68,376 63,789 3 3,5 76,198 71,550 66,904
Diámetro medio
Diámetro del núcleo
Paso
0,635 0,794 1,058 1,058 1,269 1,411 1,587 1,814 2,116 2,116 2,309 2,309 2,539 2,539 2,822 2,822 3,174 3,628 3,628 4,233 4,233 5,079 5,079 5,644 5,644 5,644 6,349 6,349 6,349 6,349 7,257 7,257 7,257
4.1.1.4 TABLA DEL SISTEMA WHITWORTH
4.1.2 SISTEMA INTERNACIONAL S.I. 5
El roscado S.I. deriva del sistema francés que fue instituido en Paris el 10 de mayo de 1895 a petición de los industriales de aquel país, para reemplazar los múltiples roscados existentes hasta entonces hasta entonces, que por su variedad constituían un serio obstáculo para la industria. La forma del filete era ya el triangulo equilátero, con truncaduras de 1/8 de la altura teórica del filete en el vértice superior y en la base; la única crítica que se hizo a éste sistema francés de roscas fue respecto a su carencia de holgura en el fondo del filete que es conveniente en todo roscado, el ajuste de este roscado es perfecto. Este sistema se deriva de la rosca métrica, sistema fundado en el sistema métrico decimal y en el que sólo varían algunos detalles en el fondo de la rosca ya que el resto es igual para todos los sistemas. En cuanto a la forma del filete, el tornillo resulta engendrado por el enrollamiento a la derecha, en hélice, de un triángulo equilátero truncado, cuyo lado situado paralelamente al eje del cilindro soporte, Es antes de truncarlo, igual al paso del tornillo. El triángulo primitivo equilátero está truncado por dos paralelas a su base trazadas respectivamente a 1/8 de la altura a partir del vértice superior y de la base. La altura del filete medida entre las truncaduras es, por consiguiente, igual a los ¾ de la altura del triangulo primitivo. En lo que respecta al vacío existente entre tornillo y tuerca en el fondo de los ángulos entrantes del perfil el ahondamiento debido a tal vacío no debe exceder de 1/16 de la altura del triángulo primitivo.
4.1.2.1 Dimensiones
• • • • • • • •
D = diámetro nominal después de la truncadura. P = paso expresado en milímetros. h = altura teórica del filete = 0.866P h1 = altura práctica del filete = h x 13/16 = 0,703P h2 = altura de contacto de los filetes = h x 12/16 = 0,649P. d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D − 1.299P. = diámetro medio en los flancos del filete. r = redondeado del fondo del filete = 0.054P.
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4.1.2.2 Usos Casi toda la tornilleria mecánica internacional utiliza éste sistema de roscado, que satisface para la mayoría de las uniones para tornillos y tuercas, por tornillos y taladros roscados, por prisioneros y tuercas, etc. Es, en total, el sistema de roscado más extendido actualmente. 4.1.3 ROSCA MÉTRICA FRANCESA Se diferencia del sistema internacional en que los fondos de rosca son rectos en vez de redondeados y que teóricamente no existe el juego. En la práctica ésta diferencia queda casi anulada. La rosca métrica francesa es una adaptación al sistema métrico de la rosca americana Sellers. 4.1.4 ROSCA MÉTRICA DIN Se diferencia del sistema internacional en que el redondeamiento del fondo del tornillo y el truncamiento de la cresta del filete de la tuerca son mayores. Con esto se consigue una mayor resistencia en el tornillo y una mayor facilidad en el roscado. El sistema internacional se hace prácticamente el taladro de la rosca con un valor mayor del teórico, lo cual anula casi totalmente la diferencia que existe entre éste sistema y el DIN.
4.1.2.3 TABLA DEL SISTEMA INTERNACIONAL TABLA DEL SISTEMA INTERNACIONAL diámetro Diámetro de Paso en Diámetro exterior en mandrinado de la Mm. medio Mm. tuerca 1,6 0,30 1,405 1,210 1,8 0,40 1,540 1,280 2 0,40 1,740 1,480 2,2 0,45 1,907 1,615 2,5 0,45 2,207 1,915 3 0,60 2,610 2,220 3,5 0,60 3,110 2,720 4 0,75 3,513 3,025 4,5 0,75 4,013 3,525 5 0,90 4,415 3,830 5,5 0,90 4,915 4,330 6 1,00 5,350 4,701 7 1,00 6,350 5,701 8 1,25 7,188 6,376 9 1,25 8,188 7,376 10 1,50 9,026 8,051 11 1,50 10,026 9,051 12 1,75 10,863 9,726 14 2,00 12,701 11,402 16 2,00 14,701 13,402
diámetro exterior en Mm. 36 39 42 45 48 52 56 60 64 68 72 76 80 85 90 95 100 105 110 115
Paso en Diámetro Mm. medio 4,00 4,00 4,50 4,50 5,00 5,00 5,50 5,50 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00
33,402 36,402 39,077 42,077 44,752 48,000 52,428 56,428 60,103 64,103 68,103 72,103 76,103 81,103 86,103 91,103 96,103 101,103 106,103 111,103
Diámetro de mandrinado de la tuerca 30,804 33,804 36,154 39,154 41,504 45,504 48,885 52,855 56,206 60,206 64,206 68,206 72,206 77,206 82,206 87,206 92,206 97,206 102,206 107,206 7
18 20 22 24 27 30 33
2,50 2,50 2,50 3,00 3,00 3,50 3,50
16,376 18,376 20,376 22,051 25,051 27,727 30,727
14,752 16,752 18,752 20,702 23,102 25,453 28,453
120 125 130 135 140 145 150
6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00
116,103 121,103 126,103 131,103 136,103 141,103 146,103
112,206 117,206 122,206 127,206 132,206 137,206 142,206
Las dimensiones de estas roscas son de las normas C.N.M. 3 y C.N.M. 132 del comité de normalización del la mecánica.
4.1.5 SISTEMA SELLERS o UNITED STATES STANDARD (U.S.S.) El roscado del sistema Sellers es corrientemente aplicado en los estados unidos. Fue establecido por William Sellers, industrial de Filadelfia, quien lo hizo aceptar oficialmente por el Franklin Institute, en 1864. Al igual que en el sistema Whitworth, sus dimensiones base se expresan en pulgadas inglesas. La rosca del sistema Sellers (S.S.) o nacional americana tiene la forma del filete semejante a la rosca métrica. En cuanto a la forma del filete está engendrado por el enrollamiento en hélice de un triángulo equilátero truncado, cuyo lado situado paralelamente al eje del núcleo es, antes de truncarlo, igual al paso del tornillo. El triángulo primitivo está truncado por dos paralelas a su base, respectivamente distanciadas de su vértice superior y de la base 1/8 de la altura teórica. La altura práctica de los filetes es igual a los ¾ de la altura del triángulo inicial. Esta rosca como lo precedente, da un ajuste perfecto.
4.1.5.1 Dimensiones
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• • • •
D = diámetro nominal del tornillo, expresado en pulgadas inglesas (25,4mm.) P = paso expresado en número de hilos por pulgada. h = altura de los filetes = 0.649P. d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D − 1,299P
TABLA DEL SISTEMA SELLERS O UNITED STATES STANDARD (U.S.S.) Diámetro Número de DIMENSIONES EN MILÍMETROS exterior en hilos por Diámetro Diámetro pulgadas pulgada exterior medio 1/4 20 6,349 5,525 4,699 1,269 5/16 18 7,937 7,021 6,105 1,411 3/8 16 9,524 8,493 7,462 1,587 7/16 14 11,112 9,934 8,763 1,814 1/2 13 12,699 11,430 10,160 1,954 9/16 12 14,287 12,913 11,531 2,116 5/8 11 15,874 14,374 12,874 2,309 3/4 10 19,049 17,400 15,748 2,539 7/8 9 22,224 20,391 18,558 2,822 1 8 25,399 23,337 21,277 3,174 1 1/8 7 25,874 26,218 23,850 3,628 1 1/4 7 31,749 29,393 27,025 3,628 1 3/8 6 34,924 32,175 29,413 4,233 1 1/2 6 38,099 35,350 32,588 4,233
Diámetro del Paso núcleo
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1 5/8 5 1/2 41,274 38,275 1 3/4 5 44,449 41,150 1 7/8 5 47,624 44,325 2 4 1/2 50,799 47,133 2 1/4 4 1/2 57,148 53,482 2 1/2 4 63,498 59,374 2 3/4 4 69,848 65,724 3 3 1/2 76,198 71,484 3 1/4 3 1/2 82,548 77,834 3 1/2 3 1/4 88,898 83,822 3 3/4 3 95,248 89,749 4 3 101,598 96,099 4.1.5.2 TABLA DEL SISTEMA SELLERS
35,280 37,846 41,021 43,459 49,809 55,245 61,595 66,751 73,101 78,740 84,252 90,602
4,618 5,079 5,079 5,644 5,644 6,349 6,349 7,257 7,257 7,815 8,466 8,466
4.1.6 ROSCADO PARA ARTILLERÍA Como su nombre indica este modo de roscar es sobre todo, utilizado en las realizaciones de artillería para todas las piezas que tengan que soportar choques repetidos; en efecto, las armas de fuego están sometidas a esfuerzos súbitos, a veces muy importantes. Los órganos de unión de los morteros, cañones y ametralladoras, deben ser, por lo tanto objeto de una especial atención desde el punto e vista de su roscado. Por la acción del choque provocado por el disparo de una bala o un obús, los filetes triangulares ordinarios tendrían tendencia a escurrirse, tanto por el tornillo como por la tuerca. Tal inconveniente se remedia dirigiendo el esfuerzo sobre un flanco vertical, perpendicular al eje del tornillo, mientras que el otro flanco del filete se conserva inclinado para reforzar la resistencia al choque.
4.1.6.1 Dimensiones
La forma de los filetes es: los hilos de la rosca de artillería se ejecutan según dos ángulos diferentes:
10
• •
Con un ángulo de 45° para pasos superiores a 1 Mm. Con un ángulo de 30° para pasos inferiores a 1mm.
La truncadura del filete la forman, en ambos casos, en el vértice superior de1/8 de la altura teórica y de 1/16 de esa misma altura en la base, y ello mientras no sobrepasan los 10 Mm. Por encima de 10 Mm., tanto en el vértice superior como en la base, basta una truncadura de 1/16 de la altura teórica. Para una rosca inclinada a 45°, la altura práctica del filete del tornillo es de: h1 = P − (1/8+1/16 de P)= P x 13/16 = 0,812 P
En el caso de la rosca inclinada a 30°, la altura teórica del filete es igual al paso dividido por tg 30°, o multiplicado por cotg 30°: h = P/tg 30° = P/0,557 = P x 1,732
La altura práctica es entonces: h1 = 1,407P
La rosca de artillería es siempre engendrada por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un triángulo rectángulo con uno de sus catetos perpendicular a las generatrices el cilindro soporte.
4.1.6.1 Usos Las construcciones de artillería no son el único caso en que se utiliza éste roscado particular; su facultad de reforzar la resistencia al esfuerzo lo hace muy apropiado para todos los órganos de máquinas que deban resistir grandes esfuerzos de compresión, como los tornillos para ajustar las correderas porta−punzón de las prensas de taladrar.
4.2 SISTEMAS DE ROSCAS FINAS Las roscas finas son semejantes a las roscas de sujeción, pero teniendo igualdad de diámetro poseen un paso más pequeño y por tanto, una profundidad de rosca menor. Se emplean las roscas finas en todos aquellos casos en que las roscas normales de sujeción resultan con una profundidad demasiado grande para el espesor disponible como en husillos huecos, tubos, etc. Además de los tipos de rosca fina correspondientes a los sistemas de rosca normal estudiados (Sistema Internacional, DIN, Sistema Whitworth, Sistema Sellers), existe un tipo especial de rosca fina: la rosca de gas. La forma del filete en todas ellas es exactamente igual al de la correspondiente rosca de sujeción normal.
4.2.1 ROSCA DE GAS La rosca de gas (Rg.), tiene la forma del filete igual que la whitworth, pero tiene un paso mucho más fino que la rosca normal y lleva juego en los vértices. Se emplea en tubos cuando se necesita un cierre fuerte y sin escapes pero sin necesidad de materiales auxiliares como cinta de teflón.
4.3 SISTEMAS DE ROSCAS TRAPEZOIDALES 11
Las roscas trapezoidales se emplean principalmente para la transmisión y transformación de movimientos, como por ejemplo, en el husillo de roscar de un torno. Los principales sistemas son dos: la rosca trapecial acmé y la rosca DIN.
4.3.1 ROSCADO ACMÉ Éste sistema de roscado trapezoidal, que tiene los flancos inclinados a 14°30', es el más empleado en los estados unidos en sustitución de los filetes cuadrados. El tornillo queda siempre centrado por sus flancos inclinados y su ajuste es muy sencillo, comparado con el de los tornillos de filete cuadrado; además resulta posible corregir las holguras, y su construcción es más fácil a la vez que su resistencia es mayor a la de los filetes cuadrados. El filete acmé está engendrado por el enrollamiento en hélice, de un perfil cuya sección es un trapecio isósceles en el que el ángulo que forman sus dos lados paralelos es de 29°. Las bases del trapecio son paralelas al núcleo del tornillo, y la mayor de ellas coincide con las generatrices del mismo.
4.3.1.1 Dimensiones
• •
D = diámetro nominal del tornillo, expresado en pulgadas inglesas. P = paso expresado en número de hilos por pulgada.
h = altura de los filetes = P/2 + 0,254 Mm. • a = 0,3707 P • b = 0,3707 P − 0,1321 Mm. • d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D−P • diámetro de núcleo del tornillo = D−(P + 0,508 Mm.) •
4.3.1.2 TABLA DEL SISTEMA ACMÉ Paso = P Hilos por
en Mm.
Profundidad del filete h a Mm. b Mm. Mm. 12
pulgada 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
25,400 12,700 8,466 6,350 5,080 4,233 3,628 3,175 2,822 2,540
12,95 6,60 4,48 3,42 2,79 2,36 2,06 1,84 1,66 1,52
9,41 4,7 3,13 2,35 1,88 1,56 1,34 1,17 1,04 0,94
9,28 4,57 3 2,22 1,75 1,43 1,21 1,04 0,91 0,81
TABLA DEL SISTEMA ACMÉ
4.3.2 ROSCADO TRAPEZOIDAL NORMALIZADO 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. 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.
4.3.2.1 TABLA DEL ROSCADO TRAPEZOIDAL NORMALIZADO TABLA DEL ROSCADO TRAPEZOIDAL NORMALIZADO DM ð P h a b j1 2 D−1 1,20 0,73 0,62 0,20 3 D−1.5 1,75 1,10 0,96 0,25
j2
d
d1
0,30 0,50
D−1.8 D−2,5
D+0,4 D+0,5 13
4 5 6 8 10 12 16 20
D−2 D−2.5 D−3 D−4 D−5 D−6 D−8 D−10
2,25 2,75 3,25 4,25 5,25 6,25 8,50 10,50
1,46 1,83 2,20 2,93 3,66 4,39 5,86 7,32
1,33 1,70 2,06 2,79 3,53 4,26 5,59 7,05
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,50 0,50
0,50 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,50 1,50
D−3,5 D−4 D−5 D−7 D−9 D−11 D−14 D−18
D+0,5 D+0,5 D+0,5 D+0,5 D+0,5 D+0,5 D+1 D+1
4.4 ROSCADO CUADRADO 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 máquinas−herramientas. •
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.
4.4.1 Dimensiones
• • •
D = diámetro normal del tornillo, expresado en milímetros. P = paso en milímetros h = altura de los filetes a) 1 hélice: 9/19P ó 0,473P
b) 2 hélices: 9/38P ó 0,237P •
d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D−0,946 Paso aparente.
El roscado cuadrado no tiene tabla puesto que no está normalizado.
4.5 ROSCADO REDONDO NORMALIZADO
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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.
4.5.1 Dimensiones
• • • • • • • •
D = diámetro nominal del tornillo expresado en milímetros. P = paso expresado en milímetros. R1 = radio de la coronación del filete en el tornillo = 0,238P. R2 = radio del fondo del filete en el tornillo = 0,238P R3 = radio de la coronación del filete en la tuerca = 0,236P. R4 = radio del fondo del filete en la tuerca = 0,221P. h = altura de los filetes = 0,5P. d = diámetro de mandrinado de la tuerca = D − 0,9P
4.5.2 TABLA DEL ROSCADO REDONDO NORMALIZADO ROSCA REDONDEADA DIN 405 Diámetro Número Profundidad Profundidad Redondeados de rosca de filetes Paso h de la rosca del contacto d por 1" z t1 t2 7_12 14_38 40_100 105_200
10 8 6 4
2,540 3,175 4,233 6,350
1,270 1,588 2,117 3,175
0,212 0,265 0,353 0,530
0,606 0,757 1,010 1,515
0,650 0,813 1,084 1,625
Tornillo tuerca r
R
R1
0,561 0,702 0,936 1,404
4.6 SISTEMAS DE ROSCADO 15
DE POCA UTILIZACIÓN Además de las roscas anteriormente estudiadas hay otras de uso menos general, ya sea por que no fueron normalizadas, porque se han fabricado otras de mejor resistencia, o por su difícil forma de producción. Entre estas citaremos las siguientes: •
•
Sistema Löwenherz: Tiene filete triangular con ángulo de 53° 30' achaflanado en las puntas 1/8 de la altura. Las medidas se dan en milímetros. Se utilizaba para mecánica de precisión y aparatos de óptica; para trabajos de mecánica fina, principalmente en Austria y Alemania. Sistema Thury: El sistema suizo Thury, llamado también de la British Association (B.A.), se utiliza en pequeños tornillos sobre todo para relojería. El ángulo de la rosca es de 47° 30' y las crestas y fondos están muy redondeados. Las medidas de éste sistema se dan en milímetros.
4.6.1 TABLA DEL SISTEMA LÖWENHERZ ROSCA LOWENHERZ Diámetro Diámetro Paso exterior del núcleo 1,0 0,25 0,625 1,2 0,25 0,825 1,4 0,30 0,950 1,7 0,35 1,175 2,0 0,40 1,400 2,3 0,40 1,700 2,6 0,45 1,925 3,0 0,50 2,250 3,5 0,60 2,600
Diámetro de los flancos 0,812 1,012 1,175 1,437 1,700 2,000 2,262 2,625 3,050
Diámetro exterior 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Paso 0,70 0,75 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40
Diámetro del núcleo 2,950 3,375 3,800 4,150 4,500 5,350 6,200 7,050 7,900
Diámetro de los flancos 3,475 3,937 4,400 4,825 5,250 6,175 7,100 8,025 8,950
5. FORMAS DE FABRICACIÓN DE LAS ROSCAS 5.1 Práctica del roscado Con peines
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1. PEINE EXTERIOR2. ROSCADO EXTERIOR3. ROSCADO INTERIOR4. PIEZA A REPASAR5. PEINE INTERIOR. Los peines se utilizan principalmente para repasar los filetes de los tornillos (peine exterior), o los filetes de las tuercas (peine interior o de lado). También se emplean para ejercer directamente roscas de tornillo y de tuerca sobre los materiales blandos (torneado de aparatos ópticos en astronomía y en pequeña mecánica de precisión). Estos peines, siendo herramientas de mano exigen de parte del operario, una gran habilidad para su empleo. El tornero debe en efecto, hacer deslizar el peine, sobre la parte recta del soporte de l herramienta de mano, una cantidad igual al paso para cada vuelta del tornillo o de la tuerca. Para roscar con el peine debe ponerse el torno a una velocidad apropiada a la importancia del paso, tomando la precaución de situar el soporte del peine lo más próximo posible a la pieza.
5.2 PRACTICA DE ROSCADO Con macho de roscar El macho es una barra de acero cilíndrica con filetes formados alrededor de ella y estrías o ranuras practicadas a lo largo de la misma, las cuales, al interseccionar con los filetes, forman las aristas cortantes, forman las aristas cortantes. Se utiliza para tallar roscas interiores. Existen los juegos de machos, que comprenden tres machos de roscar cuyos nombres son: • • •
De devaste o primera pasada. Intermedio o de segunda pasada. Final o de acabado.
Para usar los machos, primero debemos iniciar el tallado de los filetes de la rosca, y si el agujero es pasante 17
(abierto por los dos lados), no hace falta ningún otro macho. Si el agujero es ciego, después del macho de desbaste se emplea un macho intermedio para completar el tallado de la rosca cerca del fondo del agujero; cuando se requiere que los filetes en el fondo del agujero queden totalmente tallados, se usa el macho de acabado.
5.3 PRACTICA DE ROSCADO Con terrajas Es una pieza de acero templado, fileteado interiormente, con ranuras que seccionan los filetes para formar las aristas cortantes. Se emplea para tallar roscas exteriores en barras redondas metálicas. Las terrajas, o cojinetes de roscar, tienen una abertura con un prisionero roscado que permite expandirlas al objeto de facilitar el primer corte. Los lados de la terraja no son iguales; por uno el agujero de la terraja tiene un chaflán mayor que el otro. Este chaflán mayor permite que la terraja inicie el roscado con facilidad. El gira−terrajas, es un utensilio para sujetar las terrajas; se utiliza sujetando la barra a roscar en una prensa de banco, y la terraja, alojada en el gira−terrajas, se gira en sentido de las agujas del reloj, y a veces, es conveniente invertir el movimiento para eliminar algunas virutas que pueden obstruir la terraja.
ROSCAS ROSCAS DE SUJECIÓN ROSCAS FINAS ROSCAS TRAPECIALES Sistema Whitworth Sistema Internacional Sistema Sellers Rosca Fina Métrica Rosca fina Whitworth Rosca Fina Sellers Rosca de gas Sistema Acmé R. Trapecial Normalizada R métrica Francesa Rosca Métrica DIN R. para Artillería 18
