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Elementos de sujeción mecánica desmontable Se denomina tornillo a un elemento u operador mecánico cilíndrico que está dotado de una cabeza y una caña roscada que mediante una fuerza de torsión ejercida en su cabeza, con una llave adecuada o con un destornillador, se puede introducir en un agujero roscado a su medida o atravesar las piezas y acoplarse a una tuerca. Generalmente metálico, utilizado en la fijación temporal de unas piezas con otras

El tornillo deriva directamente de la máquina simple conocida como plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado. Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera.

Los tornillos están fabricados en muchos materiales y aleaciones; en los tornillos realizados en metal su resistencia está relacionada con la del material empleado. Un tornillo de aluminio será más ligero que uno de acero (aleación de hierro y carbono) pero será menos resistente ya que el acero tiene mejor capacidad metalúrgica que el aluminio; una aleación de duraluminio mejorará las capacidades de resistencia del aluminio pero disminuirá la tenacidad, ya que al endurecer el aluminio con silicio o metales como cromo o titanio, se aumentará su dureza pero también su coeficiente de fragilidad . Los metales más duros son menos tenaces ya que son cualidades antagónicas. La mayoría de las aleaciones especiales de aceros, bronces y aceros inoxidables contienen una proporción de metales variable para adecuar su uso a una aplicación determinada.

Siempre hay que usar el tornillo adecuado para cada aplicación. Si usa un tornillo con demasiada resistencia de tensión (dureza) que no está ajustado al valor de diseño, podría romperse, como se rompe un cristal, por ser demasiado duro. Esto es porque los tornillos de alta tensión tienen menor resistencia a la fatiga (tenacidad) que los tornillos con un valor de tensión más bajo. Un tornillo compuesto por una aleación más blanda se podría deformar, pero sin llegar a partirse, con lo cual quizá no podría desmontarse pero seguiría cumpliendo su misión de unión.

Los tornillos pueden soportar un determinado peso máximo o tracción, pero rebasada su capacidad se fracturan, pudiendo quebrarse. Fabricados con aleaciones más duras pueden soportar un mayor peso o tracción, pero tienen igualmente un límite y menor tenacidad que los tornillos fabricados en aleaciones más blandas. Si ha sido sobre ajustado, sea cual sea su dureza, puede quebrarse con facilidad ya que su resistencia de tensión (tenacidad) es muy baja.

ACERO El término acero se refiere a aleaciones de hierro y carbono y, en muchos casos, otros elementos. Por la gran cantidad de aceros disponibles, en la presente sección se clasificarán como aceros al carbono, aceros aleados.En el caso de los aceros al carbono y aceros aleados, se utiliza el código de designación de 4 dígitos para definir cada aleación. En el cuadro se muestra el significado de cada dígito. Los cuatro dígitos deberían ser los mismos para aceros clasificados por el Instituto Americano del Hierro y el Acero [American Iron and Steel Institute] (AISI)] y la Sociedad de Ingenieros automotrices [Society of Automotive Engineers (SAE)]. La clasificación de la Sociedad estadounidense para Pruebas y Materiales [American Society for Testing and Materials (ASTM)] se discutirá posteriormente.Los primeros dos dígitos en una designación de cuatro dígitos para el acero denotará los principales elementos de la aleación, además del carbono, presentes en el acero. Los últimos dos dígitos denotan el porcentaje medio (o puntos) de carbono en el acero. Por ejemplo, si los últimos dos dígitos son 40, el acero tendrá aproximadamente 0.4 % de contenido de carbono. El carbono tiene un lugar tan prominente en la designación de la aleación, porque, en general, conforme aumenta el contenido de carbono, también se incrementa la resistencia y dureza del acero. El contenido de carbono, en términos generales, varía de un mínimo de 0.1 % a aproximadamente 1.0%. Cabe hacerse notar que si bien la resistencia aumenta al aumentar el contenido de carbono, el acero también se vuelve más frágil.La tabla 2- 2 muestra los principales elementos de aleación que corresponden a los dos primeros dígitos de la designación del acero. La tabla 2-3 da las aleaciones más comunes junto con los principales usos de cada una.

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TABLA 2- 2 Principales elementos de aleación en las aleaciones de acero.

Número AISI Número AISI

del acero Elementos de aleación del acero Elementos de aleación

10xx Carbono simple 46xx Molibdeno-níquel11xx Azufre (de corte fácil) 47xx Molibdeno-níquel-cromo

13xx Manganeso 48xx Molibdeno-níquel14xx Boro 5xxx Cromo2xxx Níquel 6xxx Cromo-vana dio3xxx Níquel-cromo 8xxx Níquel-cromo-molibdeno

4xxx Molibdeno 9xxx Níquel-cromo-molibdeno(excepto 92xx)

41xx Molibdeno-cromo 92xx Silicio-manganeso43xx Molibdeno-cromo-níquel

La selección de materiales requiere considerar muchos factores. Por lo general, deben evaluarse la resistencia, rigidez, ductilidad, peso, resistencia a la corrosión, capacidad de maquinado, facilidad para trabajarse, soldabilidad, aspecto, costo y disponibilidad. En lo que se refiere al estudio de la resistencia de materiales, los primeros tres factores son los más importantes: resistencia, rigidez y ductilidad.Resistencia. Los datos de referencia que listan las propiedades mecánicas de los metales casi siempre incluirán la resistencia última a la tensión y la resistencia a la cedencia del metal. La comparación entre los esfuerzos reales en una pieza, con la resistencia última a la tensión o la resistencia a la cedencia del material del que está hecha la pieza, es el método usual para evaluar lo apropiado que puede ser un material para soportar con seguridad las cargas aplicadas. Se determinan al probar una muestra del material en una máquina de prueba de tensión como la que se ilustra en la figura 2-1.

Entre las mordazas superior e inferior se coloca una barra redonda . La figura 2- 2 muestra una fotografía de una probeta representativa para prueba de tensión.

Se aplica lenta y uniformemente una fuerza de tensión a la muestra, hasta que ésta se rompa. Durante la prueba, se hace una gráfica que muestre la relación entre el esfuerzo en la muestra y la deformación

AISI X X X X Contenido de carbono Número de aleación; indica principales elementos de aleación.Ejemplos AISI 1020 0.20% de carbono Acero al carbono normal AISI 4140 0.40% de carbono Molibdeno y cromo como elementos de aleación FIGURA 2-7 Sistema de designación del acero.

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unitaria. En la figura 2-3 podemos ver un diagrama típico de esfuerzo-deformación de un acero de bajo contenido de carbono. Puede observarse que durante la primera fase de la aplicación de la carga, la gráfica del esfuerzo contra la deformación es una línea recta, lo que indica que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Después del punto A en el diagrama, deja de ser una recta. Este punto se conoce como límite proporcional. Conforme se incrementa continuamente la carga sobre la muestra, se llega a un punto que se conoce como límite elástico, marcado con la letra B en la figura 2-3. A esfuerzos menores a este punto, el material recobrará su tamaño y forma originales si se elimina la carga. A mayores esfuerzos, el material queda permanentemente deformado. El punto de cedencia es el esfuerzo en el que ocurre un alargamiento notorio sin un incremento aparente en la carga elevándose hasta que finalmente el material se fractura. La razón para la aparente disminución en el esfuerzo es que la gráfica que se toma de una típica máquina de prueba de tensión es en realidad de carga contra alargamiento y no de esfuerzo contra deformación.

En el grafico el punto de cedencia está en C, aproximadamente a 36 000 psi (248 MPa). Al aplicar cargas aún mayores, luego de alcanzar el punto de cedencia, hace que la curva vuelva a elevarse. Al llegar a un pico, la curva cae de manera ligera hasta que finalmente se rompe la muestra, terminando así la gráfica. El esfuerzo aparente más elevado y que se toma del diagrama de esfuerzo-deformación, se conoce como resistencia última y es aproximadamente de 53 000 psi (365 MPa). El hecho que las curvas de esfuerzo-deformación en las figuras caigan luego de llegar a un pico, indica que disminuye el nivel de esfuerzo. En realidad no es así; el esfuerzo verdadero continúa elevándose hasta que el material finalmente se fractura. Cuando la probeta se acerca a su carga de ruptura, se reduce su diámetro y, en consecuencia, su área de sección transversal. El área que se redujo requirió una fuerza menor para seguir alargando la probeta, aun cuando el esfuerzo verdadero sobre el material se incremente. Esto resulta en la caída de la curva que se muestra en las figuras 2-3. En vista de que es muy difícil controlar el diámetro decreciente, y debido a que los experimentos demostraron que hay poca diferencia entre el esfuerzo máximo verdadero y el que se obtuvo para el pico del esfuerzo aparente contra la curva de deformación, al pico se le acepta como la resistencia última a la tensión del material.A continuación, se expone un resumen de las definiciones de las más importantes propiedades de resistencia de los metales:

El límite proporcional es el valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo-deformación, al que la curva se desvía por primera vez, desde una línea recta.

El límite elástico es el valor del esfuerzo en una curva de esfuerzo-deformación, en el que el material se deforma plásticamente; es decir, ya no volverá a su forma y tamaño original luego de eliminar la carga.

El punto de cedencia es el valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo-deformación, en el que existe un incremento significativo de la deformación, con poco o ningún incremento en el esfuerzo.

La resistencia última es el máximo valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo-deformación.Muchos metales no presentan un punto de cedencia tan bien definido como el de la figura 2-3. Algunos ejemplos de esto son las aleaciones de aceros de alta resistencia, el aluminio y el titanio. Sin embargo,

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estos materiales en realidad sí ceden, puesto que se deforman en una cantidad apreciable antes de que ocurra su fractura. Para estos materiales, un típico diagrama de esfuerzo-deformación sería similar al que se muestra en la figura 2-4. La curva es suave, sin un punto de cedencia pronunciado. Para estos materiales, la resistencia a la cedencia se define por una línea como la M—N con un trazo paralelo a la porción recta de la curva de prueba. El punto A/por lo general se determina al obtener ese punto en el eje de deformación que representa una deformación de 0.002 plg/plg. Este punto también se conoce como punto de desviación del 0.2%. El punto N, donde la línea de desviación corta la curva, define la resistencia a la cedencia del material, que en la figura 2-4 es aproximadamente de 55 000 psi. La resistencia última está en el pico de esta curva, como quedó descrito. Para estos materiales, se utiliza el término resistencia a la cedencia, en lugar de punto de cedencia.

ESFUERZO NORMAL DIRECTOUno de los tipos fundamentales de esfuerzo es el esfuerzo normal, denotado por la letra griega minúscula (sigma), en donde el esfuerzo actúa de manera perpendicular, o normal, a la sección transversal del miembro de carga. Si el esfuerzo es también uniforme sobre el área de resistencia, el esfuerzo se conoce como esfuerzo normal directo.Los esfuerzos normales pueden ser de compresión o de tensión. Un esfuerzo de compresión es aquel que tiende a aplastar o acortar el material del miembro de carga. Un esfuerzo de tensión es aquel que tiende a estirar al miembro y romper el material.

Fuerza F Esfuerzo ( = = Área AEn la figura se muestra un ejemplo de un miembro sujeto a una carga de tensión. La varilla soporta una pesada pieza de fundición que cuelga de una grúa, y el peso de la pieza de fundición tiende a estirarla y romperla

CORTANTE SIMPLE. Con frecuencia se inserta un perno o un remache en un agujero cilíndrico a través de partes coincidentes para conectarlas, como se muestra en la figura 1-11. Cuando se aplican fuerzas perpendiculares al eje del perno, existe la tendencia de cortarlo a través de su sección transversal, produciendo un esfuerzo cortante. Esta acción se llama cortante simple, porque una sola sección transversal del perno resiste la fuerza cortante aplicada. En este caso, generalmente se diseña el perno para que el esfuerzo cortante esté por debajo del nivel que haría que se fracturase el perno.

CORTANTE DOBLE. Cuando se diseña una conexión por medio de pernos como se muestra en la figura 1-12, hay dos secciones transversales que resisten la fuerza aplicada. En esta disposición, se dice que el perno está a esfuerzo cortante doble.

Esfuerzo de tensión uniformemente distribuido sobre una sección transversal arbitrariamente seleccionada

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Apriete de tornillos controlado. Par de aprieteEl apriete regulado se establece normalmente como la precarga que se debe aplicar al atornillar un tornillo mediante la herramienta adecuada.Los aprietes están regulados para la tornillería pavonada o cincada, con lubricación adecuada (µ = Coeficiente de viscosidad dinámico) y calidad de tornillo utilizada. El apriete regulado proporciona al ensamble unas mejoras esenciales porque va a evitar que el anclaje quede flojo con riesgo de desapriete o que se aplique una precarga demasiado fuerte, con riesgo de deformación de las piezas ensambladas, o de ruptura del tornillo.La precarga es función del par de apriete aplicado al tornillo y del coeficiente de rozamiento. La precarga es la fuerza con la que el tornillo presiona a las piezas unidas una vez apretados.El par de apriete es el producto de una fuerza (Por ejemplo: manual o neumática) aplicada en el extremo de un brazo de palanca constituido por las herramientas (llaves, destornillador, etc.).

Los pares de apriete recomendables varían en función del límite elástico, el límite de rotura y las dimensiones y calidades que tenga el tornillo. También se ha de tener en cuenta los materiales de las piezas a unir, puesto que un apriete fuerte podría deformar las piezas y/o llevarlos a un estado de plasticidad en el que las piezas serán incapaces de ejercer la fuerza de reacción para mantener el tornillo tenso. En ocasiones los tornillos se aprietan con una tensión superior a su límite elástico para deformarlos y así impedir que se aflojen, calculando que en ningún caso se vaya a superar el límite de rotura. También dependerá si empleamos arandelas planas, tensoras grower, de levas tipo Nordlock, etc.. Pero a pesar de las variaciones, como dato general existen tablas que regulan los pares de apriete recomendado para cada caso.Resulta crucial que se preste atención a los pares de apriete y a las instrucciones de instalación en los casos que lo determinen las especificaciones de montaje. Los motores de los vehículos son especialmente sensibles a un par de apriete inadecuado. Los motores modernos reaccionan de un modo particularmente sensible a los errores de montaje.La herramienta que se utiliza para apretar un tornillo con el par regulado se llama llave dinamométrica.(N•m) = fuerza (Newton) x longitud (metro)

TORNILLOS ESPECIALES PARA UNA MAYOR FUERZA DE APRIETE. DESARROLLO INNOVADOR SIN NECESIDAD DE REAPRIETEPor aspectos económicos, los fabricantes de motores desarrollaron en los años 80 juntas de culata que no precisaban de reapriete. El montaje de las culatas sin tener que reapretar los tornillos supuso una innovación técnica para la producción en serie.

TORNILLOS DE FUNCIONAMIENTO PLÁSTICOLos tornillos que se aprietan más allá de su límite elástico llegando hasta la zona plástica garantizan una fuerza de apriete elevada y uniforme. Un importante requisito para lograr un sellado seguro sin reapriete. Los tornillos que trabajan en la zona plástica ofrecen una ventaja frente a los tornillos tradicionales. Mediante Ia reducción del diámetro del eje, el tornillo consigue responder de modo elástico a los movimientos dinámicos del sellado.MÉTODO DE APRIETE DE ANGULAR

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En un primer paso, el tornillo se aprieta con un par de apriete previo en la culata. Con la segunda fase, el llamado de ángulo de giro adicional, el tornillo se aprieta más allá de la zona de deformación elástica hasta la zona plástica.

Usando el método angular las perdidas la fuerza de apriete que se producen con el tornillo trabajando en la zona plástica son de alrededor de un 10 %. Mientras que utilizando el método de apriete por kilos, las pérdidas de fuerza que se originan son alrededor de un ± 30 %. Las causas de esta dispersión en el apriete son debidas al coeficiente del rozamiento entre la cabeza del tornillo y la rosca. SEGURIDAD CON NUEVOS TORNILLOSAl aplicar el método de par de apriete angular, los tornillos de culata se vuelven plásticos, es decir que quedan deformados permanentemente. Cuando se desmontan, son visiblemente más largos que antes. Durante el periodo del calentamiento del motor, el tornillo dilata aún más. Esto, generalmente se aplica en motores de aluminio o bimetálicos, ya que ambos materiales tienen diferentes coeficientes de dilatación al calentarse. En el peor de los casos, un tornillo reutilizado puede llegar a romperse pudiendo llegar a dañar el bloque de motor. Por ello, los tornillos de culata sólo deben utilizarse una única vez por motivos de seguridad.

Defectos y fallos de los tornillosLa tornillería en general es parte importante de la rigidez y buen funcionamiento que cabe esperar y desear de los elementos ensamblados. Por eso los fallos o defectos que pueda tener un tornillo puede ocasionar un fallo o una avería indeseada.

El primer defecto que puede presentar un tornillo es un defecto de diseño o de cálculo porque sus dimensiones o calidades no sean las adecuadas. En este caso el fallo que se puede provocar es una rotura prematura del tornillo por no poder soportar las tensiones y esfuerzos a los que está sometido.

El segundo defecto en importancia que puede tener un tornillo es un defecto de fabricación donde la calidad del material constituyente no sea la prevista en el diseño, o un defecto dimensional en lo que respecta principalmente a las tolerancias que debe tener su roscado. En este caso se puede producir una rotura del tornillo o un deterioro de la rosca.

El tercer defecto puede ser un montaje deficiente por no aplicar el par de apriete adecuado, de acuerdo con su calidad y dimensiones. En este caso si es un exceso de apriete se puede producir la rotura del tornillo o el deterioro de la rosca, y si es un defecto de apriete el ensamblaje queda flojo y si es un objeto en movimiento aparecen vibraciones indeseadas que ocasionan una avería en el mecanismo ensamblado.

.El cuarto defecto se produce por deterioro del tornillo si resulta atacado por la oxidación y corrosión si no ha sido protegido debidamente. En este caso y durante las operaciones rutinarias de mantenimiento preventivo del mecanismo se deben sustituir todos los tornillos deteriorados por unos nuevos y protegerlos adecuadamente de la corrosión y oxidación.

El último defecto grave que puede tener un tornillo es cuando se procede al desmontaje de un ensamblaje y si por causa de la oxidación y corrosión el tornillo se descabeza en el momento de intentar aflojarlo. Para estos casos de tornillos deteriorados se deben utilizar productos lubricantes o líquido penetrante para aflojar tornillos oxidados que permitan el aflojamiento sin que se rompa el tornillo.

PARTES Y TIPOS DE TORNILLOS. En todo tornillo se distinguen dos partes básicas: la cabeza y el vástago. A su vez, en el vástago se distinguen otras dos, la parte lisa (denominada también caña o cuello) y el tramo final o parte roscada.

Los tornillos de funcionamiento plástico están diseñados de tal forma que pueden dilatarse sin problemas más allá de su zona de deformación elástica hasta la zona plástica. Una vez aplicado el par de apriete indicado, el tornillo alcanza el apriete deseado llegando a la zona plástica y deformándolo. Como resultado, no hace falta apretarlo más.

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Para la designación de los tornillos se comienza definiendo el tipo de tornillo (T ó M si es tornillo ordinario, TC si se trata de un tornillo calibrado y TR si el tornillo a designar es de alta resistencia), seguido por el diámetro del vástago en la zona de rosca, la longitud total del vástago, y por último una cifra para indicar la calidad del acero.Por ejemplo: TR 20x90-8.8, se trata de un tornillo de alta resistencia, de 20 mm de diámetro exterior de la rosca, 90 mm de longitud de vástago y calidad de acero 8.8 (640 N/mm2 de límite elástico y 800 N/mm2 de resistencia última).

Calidades de acero en los tornillos Los tornillos a emplear en las uniones deberán ser preferentemente de alguno de los grados 4.6, 5.6, 6.8, 8.8, 10.9.No se deben utilizar para uniones que estén sometidas a algún tipo de solicitación o esfuerzo tornillos de grado inferior al 4.6 ni de grado superior al 10.9.La notación anterior es la empleada según ISO 898. En esta notación, la primera cifra designa la centésima parte de la resistencia a la rotura (fub) en N/mm2 y la segunda, tras el punto decimal, expresada en décimas, es el factor por el cual hay que multiplicar la resistencia a la rotura para obtener el límite elástico (fyb), también en N/mm2. Por ejemplo, un tornillo de calidad 4.8 se correspondería con:fub= 400 N/mm2 ,es su resistencia a la rotura;fyb= 0.8 * 400= 320 N/mm2 ,se corresponde con su límite elástico. En la siguiente tabla se muestran los valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia última a la tracción fub, para adoptar como valores característicos en los cálculos:

Valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia a tracción última fub de tornillos

Grado del tornillo 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

fyb    N/mm2 240 320 300 400 480 640 900

fub    N/mm2 400 400 500 500 600 800 1000

Los tornillos de grados 8.8 y 10.9 se denominan también de alta resistencia.

Partes de un tornillo CabezaLa forma de la cabeza del tornillo condiciona la herramienta a emplear en el apriete. A continuación se enumeran los distintos tipos de tornillos más usuales en función de su geometría y el uso para los que habitualmente están destinados:

- Tornillos de cabeza hexagonal: permite aplicar grandes momentos de apriete.

Tornillos de cabeza hexagonal con valona: permite aplicar un gran apriete, sin necesidad de utilizar arandela entre la cabeza del tornillo y la pieza a unir.

Tornillos de cabeza hexagonal con pivote: permiten uniones con gran apriete, y además es posible realizar la inmovilización de la unión mediante el empleo de un pasador en el pivote.

Tornillos de cabeza hexagonal con extremo en punta:

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o también llamado tornillo prisionero, debido a que impide el movimiento relativo entre las piezas unidas.

Tornillos de cabeza ranurada: este tornillo se emplea cuando no es necesario aplicar un gran apriete, y además permite la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se realiza un avellanado al orificio de entrada.

Fig.6 - Tornillos de cabeza con ranura cruciforme: también, como en el caso anterior, se emplean cuando no es necesario la aplicación de un gran par de apriete, e igualmente que el anterior, también permite la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se realiza un avellanado al orificio de entrada.

Fig. 7 - Tornillos de cuello cuadrado: se usa para el ensamblaje mediante aplique de presión de piezas sobre las que se ha ejecutado un taladro sin rosca previamente. Al apretar la tuerca, el tornillo queda inmovilizado en lo que a rotación se refiere, al quedarse alojado el cuello cuadrado en un alojamiento prismático embutido o que ya viene de fundición. Por otro lado, la cabeza del tornillo se puede ocultar si se le practica un avellanado al agujero.

- Tornillo de cabeza cuadrada: se usan para casos donde es necesario aplicar un gran momento de apriete, por ejemplo, para la fijación de herramientas de corte.

- Tornillo de cabeza cilíndrica con hexágono interior (Allen):se usan en uniones que se necesiten grandes aprietes y que resulten estrechos, con la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se le practica un avellanado cilíndrico al agujero.

- Tornillo de cabeza avellanada con hexágono interior (Allen): se usan en uniones que se necesiten grandes aprietes y que resulten estrechos, facilitando el centrado entre las piezas a unir. Existe la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se le practica un avellanado cónico al agujero.

- Tornillos de cabeza moleteada: se usan en aquellas uniones que no precisen de un gran apriete, con frecuentes procesos

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de montajes y desmontajes manuales.

- Tornillos de mariposa: igual que el caso anterior, se usan en aquellas uniones las cuales no vayan a precisar de un gran par de apriete, y además están sometidos a frecuentes montajes y desmontajes manuales.

- Tornillos autorroscantes para chapa: o también llamados de rosca cortante, y se usan para la unión de chapas metálicas de pequeño espesor o también de piezas hechas de material blando, como el plástico. En este caso, la rosca hembra la realiza el propio tornillo al penetrar en el taladro liso practicado en la chapa.

Tornillos autorroscantes para madera: o también llamados de rosca cortante o tirafondos, y se usan para la unión de piezas de madera. En este caso, la rosca hembra la realiza el propio tornillo al penetrar en el taladro liso practicado en la pieza

Rosca;En función de la forma geométrica que presenta la rosca, se pueden distinguir los siguientes tipos de roscas:- agudas o de filetes triangular;- trapezoidal;- en diente de sierra;- redondas;- de filete cuadrado.Las roscas del tipo agudas o triangulares quedan definidas por el valor del diámetro exterior (d), del núcleo (d3) y del de los flancos (d2), así como por el valor del ángulo de los flancos de la rosca (alfa=60º, si se trata de la rosca triangular ISO) y por último por la medida del paso (p)

El paso de rosca es la distancia que existe entre dos crestas consecutivas (p, en la figura anterior). Si el tornillo es de rosca sencilla, por cada vuelta completa se corresponde con un avance del tornillo igual al paso. Si es de rosca doble, el avance por cada vuelta será igual a dos veces el paso.Las roscas están normalizadas, existiendo dos tipos fundamentales: - rosca Métrica ISO; - rosca Whitworth.

La diferencia entre ambos tipos de roscas son varias: - Para las roscas Métricas ISO, los ángulos de los las espiras son de 60°, y los tornillos se redondea en el fondo de la rosca, mientras que las puntas son planas como se aprecia en la figura anterior. Por el contrario, para las roscastipo Whitworth el ángulo de los flancos es de 55°, y tanto el fondo como las puntas del fileteado en el tornillo van redondeados. - Otra gran diferencia es que mientras en las roscas Métricas la parte externa aplanada de los filetes está a una altura (o también llamada profundidad del filete) h1=0,64595*p y el radio de giro de su fondo redondeado vale

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r=0,1082*p, en las Whitworth tanto la punta exterior como la parte interna son redondas, con altura o profundidad del filete de valor h1=0,64033*p y radio de giro r=0,13733*p.- En las roscas Métricas el paso se indica por el avance en milímetros por cada vuelta, mientras en las Whitworth se da por número de hilos por pulgada. - Por último, las medidas nominales de la rosca, para el caso de la rosca Métrica, se designa por el diámetro exterior de la rosca en mm. (si se trata de Métrica fina se emplea en la designación, además del diámetro exterior de la rosca, el valor del paso en mm.), mientras que para la rosca Whitworth, la medida nominal de la rosca es el diámetro exterior en pulgadas. Tornillos OrdinariosLos tornillos ordinarios se designan por la sigla M, aunque también pueden aparecer representados por la sigla T, seguidos por el diámetro de la caña, la longitud l del vástago, y por último van seguidos de un número que especifica la calidad del acero. Tienen rosca triangular ISO de paso grueso. El diámetro del agujero suele ser 1 mm más grande que el del vástago, aunque esta cifra es de referencia.Por ejemplo: Tornillo ordinario M 16x90-5.6 (significa que se trata de un tornillo de 16 mm de diámetro de la caña, 90 mm de longitud de vástago y fabricado en acero de calidad 5.6). También puede nombrarse de la forma, T 16x90-5.6. Los tornillos ordinarios se suelen emplear para transmitir esfuerzos por cortadura y de tracción principalmente, pero no para momentos o pares de fuerzas, dado que la holgura existente ocasionaría que se produjeran movimientos relativos entre las piezas.Tornillos CalibradosPor otro lado, los tornillos calibrados se designan por la sigla TC, aunque también pueden aparecer representados como en el caso anterior por la sigla M (métrica), seguidos, al igual que los ordinarios por el diámetro d de la caña, la longitud del vástago (l), y por último, seguidos de la numeración que especifica la calidad del acero empleado en la fabricación del tornillo.Los tornillos ordinarios y calibrados se diferencian básicamente en sus características geométricas. Mientras que en los tornillos ordinarios el diámetro del agujero es aproximadamente 1 mm más grande que el del vástago, en los tornillos calibrados ambos diámetros están muy ajustados, por lo que se utilizan con preferencia para la formación de nudos rígidos y en uniones de precisión, que transmitan mayores esfuerzos sin que se produzcan desplazamientos relativos entre las piezas. Tornillos de Alta ResistenciaLos tornillos de alta resistencia, o también llamados pretensados, se designan por la sigla TR, o alternativamente también por la sigla M (métrica), seguidos, al igual que los otros tipos de tornillos, por el diámetro d de la caña y la longitud l del vástago, seguidos del número que especifica la calidad del acero empleado en la fabricación del tornillo. Ejemplo de designación de un tornillo pretensado o de alta resistencia: M 20x55-10.9, o bien, TR 20x55-10.9.Las uniones donde se han empleado tornillos pretensados trabajan transmitiendo los esfuerzos por descompresión entre las superficies y por rozamiento. Por tanto, en estas uniones implica la existencia de un estado de compresión entre las superficies unidas, que junto al coeficiente de rozamiento entre ellas, hace que se impida que exista cualquier desplazamiento relativo.

A continuación, en la siguiente tabla se exponen los coeficientes de rozamiento obtenidos en función del tratamiento superficial que tengan las chapas. En los dos primeros casos el chorreado o granallado implica que debe obtenerse el grado Sa 21/2 según UNE-EN ISO 850

Las uniones ejecutadas con tornillos de alta resistencia, TR, son uniones que resultan más rígidas, menos deformables y con mejor comportamiento en estado límite de servicio, que las realizadas con tornillos ordinarios o calibrados.En estas uniones, al transmitirse los esfuerzos por rozamiento entre las superficies, es muy importante aplicar el momento torsor o momento de apriete adecuado para cada tornillo.

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El par torsor de apriete aplicado a los tornillos induce en éstos un esfuerzo de pretensado en la espiga del tornillo, que va a depender del diámetro (d) y de un coeficiente (K). Este coeficiente K va a tener en cuenta las características del rozamiento entre los componentes de la parte que gira.Para el caso que se empleen tuerca y tornillo ligeramente engrasados, el par de apriete puede obtenerse aplicando la expresión siguiente: Mt=K.d.Fp,Cd donde Fp,Cd es el esfuerzo axial de pretensado en la espiga. Salvo indicación contraria que puedan marcar el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares se considera que el esfuerzo de pretensado que debe obtenerse de la espiga es el 70% de la resistencia a tracción del tornillo (fub) multiplicada por el área resistente (As), es decir, que el esfuerzo axial de pretensado viene dado por la siguiente expresión: Fp,Cd=0,7.fub.As que sustituyendo en la expresión primera, el momento de apriete queda como: Mt=K.d.0,7.fub.As siendo, como ya se ha dicho:K, coeficiente que depende de las condiciones de suministro (K=0,18)d, es el diámetro nominal del tornillo. Aplicando la expresión anterior en un ejemplo, se podría calcular el valor del momento de apriete aplicable a un tornillo TR12 de clase 8.8. Sustituyendo valores, se tiene que:

Mt= K.d.0,7.fub.As= 0,18 . 12 . 0,7 . 800 . 84,3 = 101.969 Nmm

El estándar ISO se marca con dos números sobre la cabeza del tornillo, por ejemplo "8.8". El primer número indica la resistencia de tensión (la dureza del material); el segundo número significa la resistencia a punto cedente, es decir la tenacidad del material. Si un tornillo está marcado como 8.8, tiene una dureza (resistencia de tensión) de 800 MPa (Megapascales), y una tenacidad (resistencia de tensión) del 80 %. Una marca de 10.9 indica un valor de tensión de 1000 MPa con una resistencia a punto cedente de 900 MPa, 90 % de resistencia de tensión.

Para la designación de los tornillos se comienza definiendo el tipo de tornillo (T ó M si es tornillo ordinario, TC ó M si se trata de un tornillo calibrado y TR si el tornillo a designar es de alta resistencia), seguido por el diámetro del vástago en la zona de rosca, la longitud total del vástago, y por último una cifra para indicar la calidad del acero. Por ejemplo: TR 20x90-8.8, se trata de un tornillo de alta resistencia, de 20 mm de diámetro exterior de la rosca, 90 mm de longitud de vástago y calidad de acero 8.8 (640 N/mm2 de límite elástico y 800 N/mm2 de resistencia última).