roscado

Camino a la Excelencia

Roscas – Mecánica de BancoProf. Andrés Zúñiga Retana

Roscas

Los elementos roscados se usan extensamente en la fabricación de casi todos los diseños de ingeniería. Los tornillos suministran un método relativamente rápido y fácil para mantener unidas dos partes y para ejercer una fuerza que se pueda utilizar para ajustar partes movibles.Un tornillo es un elemento mecánico comúnmente empleado para la unión desmontable de distintas piezas, aunque también se utiliza como elemento de transmisión. Básicamente es un cilindro con rosca helicoidal y cabeza, frecuentemente acompañado de la correspondiente tuerca.

Orígenes históricosLos 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).Finalmente en 1946, la ISO definió el sistema de rosca métrica, adoptado actualmente en prácticamente todos los países. La rosca métrica tiene una sección triangular formando un ángulo de 60º y cabeza un poco truncada para facilitar el engrase.

Rosca

Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro.

EspecialidadMecánica de Precisión

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GeneralidadesDispositivo mecánico de fijación, por lo general metálico, formado esencialmente por un plano inclinado enroscado alrededor de un cilindro o cono. Las crestas formadas por el plano enroscado se denominan filetes, y según el empleo que se les vaya a dar pueden tener una sección transversal cuadrada, triangular o redondeada. La distancia entre dos puntos correspondientes situados en filetes adyacentes se denomina paso. Si los filetes de la rosca están en la parte exterior de un cilindro, se denomina rosca macho o tornillo, mientras que si está en el hueco cilíndrico de una pieza se denomina rosca hembra o tuerca. Los tornillos y tuercas empleados en máquinas utilizan roscas cilíndricas de diámetro constante, pero los tornillos para madera y las roscas de tuberías tienen forma cónica.

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


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

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.


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IdentificaciónTodo tornillo se identifica mediante 5 características básicas: cabeza, diámetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca.La cabeza permite sujetar el tornillo o imprimirle el movimiento giratorio con la ayuda de útiles adecuados (Los más usuales son llaves fijas o inglesas, destornilladores o llaves Allen). Las más usuales son la forma hexagonal o cuadrada, pero también existen otras (semiesférica, gota de sebo, cónica o avellanada, cilíndrica...).El diámetro es el grosor del tornillo medido en la zona de la rosca. Se suele dar en milímetros, aunque todavía hay algunos tipos de tornillos cuyo diámetro se da en pulgadas.La longitud del tornillo es lo que mide la rosca y el cuello juntos.El Paso es la distancia entre dos puntos correspondientes de dos filetes o hilos consecutivos medida paralelamente al eje.El perfil de rosca hace referencia al perfil del filete con el que se ha tallado el tornillo; los más empleados son:

Las roscas en "V" aguda suelen emplearse para instrumentos de precisión (tornillo micrométrico, microscopio...); la Witworth y la métrica se emplean para sujeción (sistema tornillo-tuerca); la redonda para aplicaciones especiales (las lámparas y portalámparas llevan esta rosca); la cuadrada y la trapezoidal se emplean para la transmisión de potencia o movimiento (grifos, presillas, gatos de coches...); la dientes de sierra recibe presión solamente en un sentido y se usa en aplicaciones especiales (mecanismos dónde se quiera facilitar el giro en un sentido y dificultarlo en otro, como tirafondos, sistemas de apriete...).

Es importante aclarar que según el perfil de la rosca se define el tipo de rosca. Los más comunes para sujeción son Withworth y métrica. Estos tipos de rosca están normalizados, lo que quiere decir que las dimensiones de diámetro, paso, ángulo del filete, forma de la cresta y la raíz, etc... ya están predefinidas.


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Designación de la Rosca Métrica. La rosca métrica se nombra o designa mediante una M mayúscula seguida del diámetro del tornillo (en milímetros). Así, M8 hace referencia a una rosca métrica de 8 mm de grosor.Si el tornillo es métrico de rosca fina (tiene un paso menor del normal), la designación se hace añadiendo el paso a la nomenclatura anterior. Por ejemplo, M20x1,5 hace referencia a un tornillo de rosca métrica de 20 mm de diámetro y 1,5 mm de paso.

Características de la rosca métrica

La rosca métrica está basada en el Sistema Internacional SI y es una de las roscas más utilizadas en el ensamblaje de piezas mecánicas. El juego que tiene en los vértices del acoplamiento entre el tornillo y la tuerca permite el engrase. Los datos constructivos de esta rosca son los siguientes:La sección del filete es un triángulo equilátero cuyo ángulo vale 60º El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca levemente truncada El lado del triángulo es igual al paso El ángulo que forma el filete es de 60º Paso es la distancia entre dos puntos homólogos. Ejemplo: entre las crestas contiguas. Su diámetro exterior y el avance se miden en milímetros, siendo el avance la longitud que avanza en dirección axial el tornillo en una vuelta completa. Se expresa de la siguiente forma: ejemplo: M24 x 2. La M significa rosca métrica, 24 significa el valor del diámetro exterior en mm y 2 significa el paso en mm

Características de la rosca WhitworthLa primera persona que creó un tipo de rosca normalizada, aproximadamente sobre 1841 fue el ingeniero mecánico inglés sir Joseph WhitworthEl 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. (Ejemplo 1/4", 5/16")


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Características de la rosca estándar estadounidense SAE UNFLos 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 dimensiones 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 (fuente: Revisión de tornillos del mundo, prensa industrial, 2006).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 E.E.U.U. (y otras Industrias Pesadas que usan el sistema SAE) han convertido gradualmente a los tornillos métricos ISO, a partir de los años 70 hacia adelante, porque la producción de piezas y la comercialización de producto globales favorecen la estandarización internacional.Sin embargo, todos los automóviles vendidos alrededor del mundo contienen los tornillos métricos (los montajes de motor) e imperiales (por ejemplo, las tuercas del estirón, los sensores del oxígeno, las piezas eléctricas internas de los ensambles, los tornillo del cuerpo, de las lámparas, del manejo, del freno y de la suspensión).Los tornillos de máquina se describen como 0-80, 2-56, 3-48, 4-40, 5-40, 6-32, 8-32, 10-32, 10-24, etc. hasta el tamaño 16. El primer número se puede traducir a un diámetro, el segundo es el número de hilos de rosca por pulgada. Hay un hilo de rosca grueso y un hilo de rosca fino para cada tamaño, el hilo de rosca fino que es preferido en materiales finos o cuando se desea su fuerza levemente mayor.Los tamaños 1/4" diámetro y más grande se señalan como 1/4" - 20, 1/4" - 28, etc. el primer número que da el diámetro en pulgadas y el segundo número que indica la cantidad de hilos de rosca por pulgada. La mayoría de los tamaños del hilo de rosca son disponibles en UNC o UC (hilo de rosca grueso unificado, el ejemplo 1/4 " - 20) o UNF (ejemplo 1/4 " - 28 UNF o UNEF).UsosLas 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.


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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.

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: M6Otros tipos de roscas: M8 x 1

DESIGNACIONES COMPLETASUna 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 minúsculas para cuerdas externas).

Ejemplos: 2) Tamaño nominal 3) PasoM6 x 0.75 - 5g6g 1) Designación de la rosca métrica 4) Designación de la clase de toleranciaGrado de toleranciaPosición de la toleranciaGrado de toleranciaPosición de la toleranciaCuando 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


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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.


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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).

CALCULO DE AGUJEROS PARA ROSCAS

Cuando en los trabajos de taller, necesitamos tallar una rosca interna manualmente, debemos utilizar unas herramientas denominadas machos de roscar, los cuales son unos tornillos de acero endurecido, que tiene tallada la rosca que deseamos realizar, pero tiene tres desahogos para la viruta, poseen un vástago y la cabeza que por lo general es de forma cuadrada.Pero para la utilización de los machos, se necesita la realización de un agujero que necesariamente tiene el diámetro menor, o de la raíz, esto se realiza con una fácil formula matemática.

Primero recordemos que las roscas métricas se designan por una M, seguida del diámetro nominal, y el paso en milímetros.Entonces: M8 x 1, significa: rosca métrica de diámetro nominal de 8 mm y paso de 1mm.Para las roscas en pulgadas del sistema inglés, se indica el diámetro nominal en fracción de pulgada, seguido del número de hilos a lo largo de una pulgada.Entonces: 1/4 x 20 h, significa: rosca en sistema inglés, de diámetro nominal de 1/4 de pulgada, x 20 hilos.Pero para realizar los agujeros previos para la utilización de los machos, se hace lo siguiente:


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Para roscas métricas menores de 8mm:

D — p = dDonde: D= a diámetro nominal,P= pasod= diámetro nominal.Entonces: M6 x1D — p = d 6 –1 = d = 5Entonces para la rosca de M6 x1, se realizara un agujero de 5mm

Para roscas métricas mayores de 8mm:

D — (1,2xp) = dDonde: D= diámetro nominal,1,2= valor constanteP= pasod= diámetro nominal.Entonces: M9 x1, 5D — (1,2xp) = d 9 – (1,2 x 1,5) = d = 9 – 1,8 = d = 8,2 mm Entonces para la rosca de M9 x1, 5 se realizara un agujero de 8,2 mm

Para roscas en Pulgadas

D – (1/P) = d

Donde: D= diámetro nominal,1 = valor constanteP= paso en número de hilos por pulgadad= diámetro nominal.


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En este caso, debemos hacer mas conversiones, primero para el caso de la rosca de 1/4 x 20 h, debemos convertir el valor de la fracción a milésimas de pulgada, esto se hace dividiendo el numerador entre denominador, entonces 1÷ 4 = 0,250” y luego dividimos 1 entre el numero de hilos por pulgada, en este caso 20,

D – (1/P) = d 1/4 – (1/20) = d 0,250 – (1/20) = d 0,250 – (0,050) = 0,200”

Por último convertimos el valor obtenido a milímetros. 0,200 x 25,4 = 5,08 mm

Entonces el diámetro previo será de 5,08 mm.

Realizar la siguiente practica:

Encontrar los diámetros previos de los siguientes tipos de roscas en ambos sistemas, desarrolle completamente la formula.

M 6 X 0,75 5/16 X 18 H

M 11 X 1,75 1/2 X 13 H

M 25 X 2,25 5/8 X 10 H

M 18 X 1,5 1/2 X 20 H

M 30 X 1,25 1” X 8 H


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