Un tornillo es un sujetador roscado externamente helicoidal capaz de apretarse o soltarse mediante una fuerza de torsión ( par ) en la cabeza . Los usos más comunes de los tornillos son para mantener unidos objetos y existen muchas formas para una variedad de materiales. Los tornillos pueden insertarse en orificios de las piezas ensambladas o un tornillo puede formar su propia rosca. [1]
La cabeza del tornillo en un extremo tiene una ranura fresada que normalmente requiere una herramienta para transferir la fuerza de torsión. Las herramientas comunes para atornillar incluyen destornilladores , llaves inglesas , monedas y llaves hexagonales . La cabeza suele ser más grande que el cuerpo, lo que proporciona una superficie de apoyo y evita que el tornillo se introduzca más profundamente que su longitud; una excepción es el tornillo de fijación (también conocido como tornillo prisionero ). La porción cilíndrica del tornillo desde la parte inferior de la cabeza hasta la punta se llama vástago ; Puede estar roscado total o parcialmente con la distancia entre cada hilo llamada paso . [2] [3]
La mayoría de los tornillos se aprietan mediante rotación en el sentido de las agujas del reloj , lo que se denomina rosca a derechas . [4] [5] Los tornillos con rosca a izquierdas se utilizan en casos excepcionales, como cuando el tornillo estará sujeto a un torque en sentido contrario a las agujas del reloj , lo que tendería a aflojar un tornillo a derechas. Por este motivo, el pedal izquierdo de una bicicleta tiene rosca izquierda . [6]
El mecanismo de tornillo es una de las seis máquinas simples clásicas definidas por los científicos del Renacimiento : [7] [8] [9] La diferencia entre un tornillo y un perno es que este último está diseñado para apretarse o soltarse apretando una tuerca .
Los sujetadores se habían generalizado involucrando conceptos como clavijas y alfileres, acuñamientos, mortajas y espigas , colas de milano , clavados (con o sin apretar los extremos de los clavos), soldadura de forja y muchos tipos de atado con cordón hecho de cuero o fibra, utilizando muchos tipos. de nudos . El tornillo fue una de las últimas máquinas simples que se inventaron. [10] Apareció por primera vez en Mesopotamia durante el período neoasirio (911-609) a. C., [11] y luego apareció en el Antiguo Egipto y la Antigua Grecia [12] [13] donde fue descrito por el matemático griego Arquitas de Tarento (428-350 a. C.). En el siglo I a.C., los tornillos de madera se utilizaban habitualmente en todo el mundo mediterráneo en prensas de tornillo para prensar el aceite de oliva de las aceitunas y para prensar el zumo de las uvas en la elaboración del vino . La primera documentación sobre el destornillador se encuentra en el Housebook medieval del castillo de Wolfegg , un manuscrito escrito en algún momento entre 1475 y 1490. [14] Sin embargo, probablemente no se generalizaron hasta después de 1800, una vez que los sujetadores roscados se mercantilizaron. [15]
Los tornillos metálicos utilizados como sujetadores eran raros en Europa antes del siglo XV, si es que se conocían. [16] El tornillo de metal no se convirtió en un sujetador común hasta que se desarrollaron las máquinas herramienta para la producción en masa hacia finales del siglo XVIII. Este desarrollo floreció en las décadas de 1760 y 1770. [17] por dos caminos separados que pronto convergieron : [18]
El primer camino fue iniciado por los hermanos Job y William Wyatt de Staffordshire , Reino Unido, [19] quienes patentaron en 1760 una máquina que hoy podríamos llamar una máquina de tornillo de un tipo temprano y profético. Utilizó un tornillo de avance para guiar el cortador y producir el paso deseado, [19] y la ranura se cortó con una lima giratoria mientras el husillo principal se mantenía quieto (presagiando herramientas vivas en tornos 250 años después). No fue hasta 1776 que los hermanos Wyatt pusieron en funcionamiento una fábrica de tornillos para madera. [19] Su empresa fracasó, pero los nuevos propietarios pronto la hicieron prosperar, y en la década de 1780 producían 16.000 tornillos por día con sólo 30 empleados [20] , el tipo de productividad industrial y volumen de producción que más tarde serían característicos de la industria moderna. pero que fue revolucionario en su momento.
Mientras tanto, el fabricante de instrumentos inglés Jesse Ramsden (1735-1800) estaba trabajando en la parte de fabricación de herramientas e instrumentos del problema del corte de tornillos, y en 1777 inventó el primer torno satisfactorio para cortar tornillos . [21] El ingeniero británico Henry Maudslay (1771–1831) ganó fama al popularizar este tipo de tornos con sus tornos de corte de tornillos de 1797 y 1800, que contenían la trifecta de husillo, soporte deslizante y tren de engranajes de cambio, todo en el lado derecho. proporciones para mecanizado industrial. En cierto sentido, unificó los caminos de los Wyatt y Ramsden e hizo con los tornillos para máquinas lo que ya se había hecho con los tornillos para madera, es decir, una importante flexibilización de la producción que estimuló la mercantilización . Su empresa seguiría siendo líder en máquinas herramienta durante décadas. Una cita errónea de James Nasmyth popularizó la idea de que Maudslay había inventado el apoyo deslizante, pero esto era incorrecto; sin embargo, sus tornos ayudaron a popularizarlo.
Estos desarrollos de la era 1760-1800, con los Wyatt y Maudslay como posiblemente los impulsores más importantes, provocaron un gran aumento en el uso de sujetadores roscados. La estandarización de las formas de rosca comenzó casi de inmediato, pero no se completó rápidamente; ha sido un proceso en evolución desde entonces. Nuevas mejoras en la producción en masa de tornillos continuaron haciendo que los precios unitarios fueran cada vez más bajos durante las siguientes décadas, a lo largo del siglo XIX. [22] La producción en masa de tornillos para madera (es decir, tornillos hechos de metal para trabajar con madera) en una máquina herramienta especializada, de un solo propósito y de producción en gran volumen; y la producción de tornillos para metales (rosca en V), estilo taller de herramientas , con una fácil selección entre varios pasos (lo que el maquinista necesitara en un día determinado).
En 1821, Hardman Philips construyó la primera fábrica de tornillos en Estados Unidos (en Moshannon Creek, cerca de Philipsburg ) para la fabricación de tornillos metálicos romos. Un experto en la fabricación de tornillos, Thomas Lever, fue traído desde Inglaterra para dirigir la fábrica. El molino utilizaba vapor y energía hidráulica, con carbón vegetal como combustible. Los tornillos estaban hechos de alambre preparado mediante "aparatos de laminación y trefilado" a partir de hierro fabricado en una forja cercana. El molino de tornillo no fue un éxito comercial. Finalmente fracasó debido a la competencia del tornillo con punta de barrena, de menor costo, y cesó sus operaciones en 1836. [23]
El desarrollo estadounidense del torno de torreta (década de 1840) y de las máquinas roscadoras automáticas derivadas de él (década de 1870) redujo drásticamente el coste unitario de los tornillos roscados al automatizar cada vez más el control de la máquina herramienta. Esta reducción de costos impulsó un uso cada vez mayor de tornillos.
A lo largo del siglo XIX, las formas más comúnmente utilizadas de cabeza de tornillo (es decir, tipos de accionamiento ) eran ranuras rectas simples para llave interna y cuadrados y hexágonos para llave externa. Eran fáciles de mecanizar y servían adecuadamente para la mayoría de las aplicaciones. Rybczynski describe una avalancha de patentes para tipos de unidades alternativas entre las décadas de 1860 y 1890, [24] pero explica que se patentaron pero no se fabricaron debido a las dificultades y el costo de hacerlo en ese momento. En 1908, el canadiense PL Robertson fue el primero en hacer realidad la llave de vaso cuadrada con llave interna, desarrollando el diseño adecuado (ángulos ligeramente cónicos y proporciones generales) para permitir que la cabeza se estampara fácil pero exitosamente, con el metal frío. formarse como se desee en lugar de ser cortado o desplazado de manera no deseada. [24] Poco después, en 1911, se fabricó en la práctica el accionamiento hexagonal de llave interior. [ 25] [26]
A principios de la década de 1930, el estadounidense Henry F. Phillips popularizó el tornillo de cabeza Phillips. [27]
La estandarización de la forma de rosca mejoró aún más a finales de la década de 1940, cuando se definieron la rosca de tornillo métrica ISO y el estándar de rosca unificado.
Los tornillos de precisión, para controlar el movimiento en lugar de sujetarlos, se desarrollaron a principios del siglo XIX y representaron uno de los avances técnicos centrales, junto con las superficies planas, que permitieron la revolución industrial . [28] Son componentes clave de micrómetros y tornos.
Hay tres pasos en la fabricación de un tornillo: encabezado , laminado de rosca y revestimiento . Los tornillos normalmente están hechos de alambre , que se suministra en bobinas grandes, o de barras redondas para tornillos más grandes. Luego, el alambre o la varilla se cortan a la longitud adecuada para el tipo de tornillo que se está fabricando; esta pieza de trabajo se conoce como pieza en bruto . Luego se aplica el cabezal en frío , que es un proceso de trabajo en frío . El encabezado produce la cabeza del tornillo. La forma de la matriz en la máquina dicta qué características se presionan en la cabeza del tornillo; por ejemplo, un tornillo de cabeza plana utiliza una matriz plana. Para formas más complicadas, se requieren dos procesos de encabezado para introducir todas las características en la cabeza del tornillo. Este método de producción se utiliza porque el encabezado tiene una tasa de producción muy alta y prácticamente no produce material de desecho. Los tornillos de cabeza ranurada requieren un paso adicional para cortar la ranura en la cabeza; Esto se hace en una máquina tragamonedas . Estas máquinas son esencialmente fresadoras simplificadas diseñadas para procesar tantos espacios en blanco como sea posible.
Luego, los espacios en blanco se pulen [ cita necesaria ] nuevamente antes de enhebrar. Los hilos se producen normalmente mediante laminación de hilos ; sin embargo, algunos están cortados . Luego, la pieza de trabajo se acaba con medios de madera y cuero para realizar la limpieza y el pulido finales. [ cita necesaria ] Para la mayoría de los tornillos, se aplica un recubrimiento, como galvanoplastia con zinc ( galvanizado ) o aplicación de óxido negro , para evitar la corrosión.
Los sujetadores roscados tienen un vástago cónico o no cónico. Los sujetadores con vástagos cónicos están diseñados para insertarse directamente en un sustrato o en un orificio piloto en un sustrato, y la mayoría se clasifican como tornillos. Las roscas coincidentes se forman en el sustrato a medida que se introducen estos sujetadores. Los sujetadores con un vástago no cónico generalmente están diseñados para acoplarse con una tuerca o para introducirse en un orificio roscado, y la mayoría se clasificarían como pernos , aunque algunos son roscados. -forming (por ejemplo, taptite ) y algunas autoridades tratarían algunos como tornillos cuando se usan con un sujetador de rosca hembra que no sea una tuerca.
Los tornillos para chapa no tienen el canal de limpieza de virutas de los tornillos autorroscantes. Sin embargo, algunos vendedores mayoristas no distinguen entre los dos tipos. [29]
Los primeros tornillos para madera se hacían a mano, con una serie de limas, cinceles y otras herramientas de corte, y estos se pueden detectar fácilmente observando el espaciado irregular y la forma de las roscas, así como las marcas de lima que quedaban en la cabeza del tornillo. y en el área entre hilos. Muchos de estos tornillos tenían un extremo romo y carecían por completo de la punta afilada y cónica de casi todos los tornillos para madera modernos. [30] Algunos tornillos para madera se fabricaban con troqueles de corte ya a finales del siglo XVIII (posiblemente incluso antes de 1678, cuando el contenido del libro se publicó por primera vez en partes). [31] Con el tiempo, los tornos se utilizaron para fabricar tornillos para madera, y la primera patente se registró en 1760 en Inglaterra. [30] Durante la década de 1850, se desarrollaron herramientas de estampado para proporcionar una rosca más uniforme y consistente. Los tornillos fabricados con estas herramientas tienen valles redondeados con roscas afiladas y ásperas. [32] [33]
Una vez que las máquinas para tornear tornillos fueron de uso común, la mayoría de los tornillos para madera disponibles comercialmente se produjeron con este método. Estos tornillos para madera cortados son casi invariablemente cónicos, e incluso cuando el vástago cónico no es obvio, se pueden discernir porque las roscas no se extienden más allá del diámetro del vástago. Es mejor instalar estos tornillos después de perforar un orificio piloto con una broca cónica. La mayoría de los tornillos para madera modernos, excepto los de latón, se forman en máquinas laminadoras de roscas. Estos tornillos tienen un diámetro constante y roscas con un diámetro mayor que el vástago y son más fuertes porque el proceso de laminación no corta la veta del metal. [ cita necesaria ]
Los estándares ASME especifican una variedad de tornillos para metales (también conocidos como pernos de estufa [ cita necesaria ] ) [34] en diámetros que varían hasta 0,75 pulgadas (19,05 mm).
Un tornillo de máquina es generalmente un sujetador más pequeño (menos de 1 ⁄ 4 de pulgada (6,35 mm) de diámetro) roscado en toda la longitud de su vástago que generalmente tiene un tipo de accionamiento empotrado (ranurado, Phillips, etc.). Los tornillos para metales también se fabrican con cabeza hueca (ver arriba), en cuyo caso pueden denominarse tornillos para metales con cabeza hueca.
La norma ASME B18.2.1-1996 especifica tornillos de cabeza hexagonal cuyo rango de tamaño es de 0,25 a 3 pulgadas (6,35 a 76,20 mm) de diámetro . En 1991, en respuesta a una afluencia de sujetadores falsificados, el Congreso aprobó la PL 101-592, [35] la "Ley de Calidad de los Sujetadores". Como resultado, el comité ASME B18 reescribió B18.2.1, [36] cambiando el nombre de los pernos hexagonales terminados a tornillo de cabeza hexagonal , un término que había existido en el uso común mucho antes, pero que ahora también se estaba codificando como un nombre oficial para el Norma ASME B18.
Pernos de orejeta y pernos de cabeza son otros términos que se refieren a sujetadores que están diseñados para enroscarse en un orificio roscado que forma parte del conjunto y, por lo tanto, según la distinción del Manual de maquinaria, serían tornillos. Aquí los términos comunes difieren de la distinción del Manual de Maquinaria . [37] [38]
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Los tirafondos (EE. UU.) o tirafondos (Reino Unido, Australia y Nueva Zelanda) (también conocidos como tirafondos o tirafondos , aunque este es un nombre inapropiado ) o tornillos para madera franceses (Escandinavia) son tornillos para madera grandes. Los tirafondos se utilizan para unir estructuras de madera, para unir las patas de maquinaria a pisos de madera y para otras aplicaciones de carpintería pesada. El modificador atributivo retraso provino de un uso principal temprano de tales sujetadores: la sujeción de retrasos como duelas de barriles y otras partes similares. Estos elementos de fijación son "tornillos" según los criterios del Manual de Maquinaria , y el término obsoleto "tirafondos" ha sido sustituido por "tirafondos" en el Manual . [39] Sin embargo, según la tradición, muchos comerciantes continúan refiriéndose a ellos como "pernos" porque, al igual que los pernos de cabeza, son grandes, con cabezas hexagonales o cuadradas que requieren una llave, un casquillo o una broca especializada para girar.
La cabeza suele ser un hexágono externo. Los tirafondos de cabeza hexagonal métricos están cubiertos por DIN 571. Los tirafondos de cabeza cuadrada y de cabeza hexagonal en pulgadas están cubiertos por ASME B18.2.1. Un tirafondo típico puede tener un diámetro de 4 a 20 mm o #10 a 1,25 pulgadas (4,83 a 31,75 mm) y longitudes de 16 a 200 mm o 1 ⁄ 4 a 6 pulgadas (6,35 a 152,40 mm) o más, con las roscas gruesas de un tornillo para madera o para chapa (pero más grandes). Los materiales suelen ser un sustrato de acero al carbono con una capa de galvanización de zinc (para resistencia a la corrosión). El recubrimiento de zinc puede ser de color amarillo brillante (galvanizado) o gris opaco ( galvanizado en caliente ).
Al igual que la energía aeroespacial y nuclear, la medicina implica algunas de las más altas tecnologías para sujetadores donde el rendimiento, la longevidad y la calidad se reflejan en el precio. Los tornillos para huesos tienden a estar hechos de acero inoxidable o titanio y, a menudo, tienen características de alta gama, como roscas cónicas, roscas de inicio múltiple, canulación (núcleo hueco) y tipos de tornillos patentados (algunos no se ven fuera de estas aplicaciones).
Hay una variedad de formas de cabezas de tornillos. Algunas variedades de tornillos se fabrican con una cabeza desmontable, que se rompe cuando se aplica el torque adecuado. Esto evita la manipulación.
Los estándares internacionales para sujetadores métricos con rosca externa son ISO 898-1 para clases de propiedades producidas a partir de aceros al carbono e ISO 3506-1 para clases de propiedades producidas a partir de aceros resistentes a la corrosión.
Existen muchas normas que rigen el material y las propiedades mecánicas de los sujetadores con rosca externa de tamaño imperial. Algunas de las normas de consenso más comunes para grados producidos a partir de aceros al carbono son ASTM A193, ASTM A307, ASTM A354, ASTM F3125 y SAE J429. Algunas de las normas de consenso más comunes para grados producidos a partir de aceros resistentes a la corrosión son ASTM F593 y ASTM A193.
La herramienta manual que se utiliza para introducir la mayoría de los tornillos se llama destornillador . Una herramienta eléctrica que hace el mismo trabajo es un destornillador eléctrico ; Los taladros eléctricos también se pueden utilizar con accesorios para atornillar. Cuando el poder de sujeción de la unión atornillada es crítico, se utilizan destornilladores medidores y limitadores de torque para garantizar que el tornillo desarrolle una fuerza suficiente pero no excesiva. La herramienta manual para atornillar sujetadores roscados de cabeza hexagonal es una llave inglesa (uso en el Reino Unido) o una llave inglesa (uso en EE. UU.), mientras que un aprietatuercas se usa con un destornillador eléctrico.
Los tornillos modernos emplean una amplia variedad de diseños de tornillos , cada uno de los cuales requiere un tipo diferente de herramienta para introducirlos o extraerlos. Los destornilladores más comunes son los de ranura y Phillips en los EE. UU.; Hex, Robertson y Torx también son comunes en algunas aplicaciones, y Pozidriv ha reemplazado casi por completo a Phillips en Europa. [ cita necesaria ] Algunos tipos de unidades están destinados al ensamblaje automático en la producción en masa de artículos como automóviles. Se pueden utilizar tipos de tornillos más exóticos en situaciones en las que la manipulación no es deseable, como en aparatos electrónicos que no deben ser reparados por el técnico de reparación del hogar.
Existen muchos sistemas para especificar las dimensiones de los tornillos, pero en gran parte del mundo la serie preferida de roscas métricas ISO ha desplazado a muchos sistemas más antiguos. Otros sistemas relativamente comunes incluyen el estándar británico Whitworth , el sistema BA (Asociación Británica) y el estándar Unified Thread .
Los principios básicos de la rosca de tornillo métrica ISO se definen en la norma internacional ISO 68-1 y las combinaciones preferidas de diámetro y paso se enumeran en ISO 261. El subconjunto más pequeño de combinaciones de diámetro y paso comúnmente utilizadas en tornillos, tuercas y pernos se proporciona en ISO 262 . El valor de paso más comúnmente utilizado para cada diámetro es el paso grueso . Para algunos diámetros, también se especifican una o dos variantes adicionales de paso fino , para aplicaciones especiales como roscas en tubos de paredes delgadas. Las roscas de tornillo métricas ISO se designan con la letra M seguida del diámetro mayor de la rosca en milímetros (por ejemplo, M8 ). Si la rosca no utiliza el paso grueso normal (por ejemplo, 1,25 mm en el caso de M8), al paso en milímetros también se le añade un signo de multiplicación (por ejemplo, "M8×1" si la rosca del tornillo tiene un diámetro exterior de 8 mm y avanza 1 mm por cada rotación de 360°).
El diámetro nominal de un tornillo métrico es el diámetro exterior de la rosca. El orificio roscado (o tuerca) en el que encaja el tornillo tiene un diámetro interno que es el tamaño del tornillo menos el paso de la rosca. Así, un tornillo M6, que tiene un paso de 1 mm, se fabrica roscando un vástago de 6 mm, y la tuerca o el orificio roscado se realiza roscando roscas en un orificio de 5 mm de diámetro (6 mm – 1 mm).
Los pernos, tornillos y tuercas hexagonales métricos se especifican, por ejemplo, en las normas internacionales ISO 4014, ISO 4017 e ISO 4032. La siguiente tabla enumera la relación dada en estas normas entre el tamaño de la rosca y el ancho máximo entre las caras hexagonales (llave tamaño):
Además, se especifican los siguientes tamaños intermedios no preferentes:
Tenga en cuenta que estos son solo ejemplos y que el ancho entre caras es diferente para pernos estructurales, pernos con bridas y también varía según la organización de estándares.
La primera persona en crear un estándar (alrededor de 1841) fue el ingeniero inglés Sir Joseph Whitworth . Los tamaños de tornillos Whitworth todavía se utilizan, tanto para reparar maquinaria antigua como cuando se requiere una rosca más gruesa que la rosca métrica del sujetador. Whitworth se convirtió en British Standard Whitworth , abreviado como BSW (BS 84:1956) y el hilo British Standard Fine (BSF) se introdujo en 1908 porque el hilo Whitworth era demasiado grueso para algunas aplicaciones. El ángulo de la rosca era de 55° y la profundidad y el paso variaban con el diámetro de la rosca (es decir, cuanto más grande era el perno, más gruesa era la rosca). Las llaves para pernos Whitworth están marcadas con el tamaño del perno, no con la distancia entre las caras planas de la cabeza del tornillo.
El uso más común de un tono Whitworth hoy en día es en todos los andamios del Reino Unido . Además, la rosca estándar del trípode fotográfico , que para cámaras pequeñas es de 1/4" Whitworth (20 tpi) y para cámaras de formato mediano/grande es de 3/8" Whitworth (16 tpi). También se utiliza para soportes de micrófono y sus clips apropiados, nuevamente en ambos tamaños, junto con "adaptadores de hilo" para permitir que el tamaño más pequeño se conecte a elementos que requieren un hilo más grande. Tenga en cuenta que, si bien los pernos UNC de 1/4" se ajustan a casquillos de trípode de cámara BSW de 1/4", el límite elástico se reduce por los diferentes ángulos de rosca de 60° y 55° respectivamente.
Las roscas de los tornillos de la Asociación Británica (BA), que llevan el nombre de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, se idearon en 1884 y se estandarizaron en 1903. Los tornillos se describieron como "2BA", "4BA", etc., y los números impares rara vez se utilizan, excepto en Equipo fabricado antes de la década de 1970 para centrales telefónicas en el Reino Unido. Este equipo hizo un uso extensivo de tornillos BA con números impares, para, como se puede sospechar, reducir los robos. Las roscas BA están especificadas por la norma británica BS 93:1951 "Especificación para roscas de tornillos de la Asociación Británica (BA) con tolerancias para tamaños de 0 BA a 16 BA".
Si bien no están relacionados con los tornillos métricos ISO, los tamaños en realidad se definieron en términos métricos: una rosca 0BA tenía un diámetro de 6 mm y un paso de 1 mm. Otros hilos de la serie BA están relacionados con 0BA en una serie geométrica con los factores comunes 0,9 y 1,2. Por ejemplo, una rosca 4BA tiene paso mm (0,65 mm) y diámetro mm (3,62 mm). Aunque 0BA tiene el mismo diámetro y paso que ISO M6, las roscas tienen formas diferentes y no son compatibles.
Los subprocesos BA siguen siendo comunes en algunas aplicaciones especializadas. Ciertos tipos de maquinaria fina, como los relojes y medidores de bobina móvil, tienden a tener roscas BA dondequiera que se fabriquen. Los tamaños BA también se utilizaron ampliamente en aviones, especialmente en los fabricados en el Reino Unido. El dimensionamiento BA todavía se utiliza en la señalización ferroviaria, principalmente para la terminación de equipos y cableado eléctricos.
Las roscas BA se utilizan ampliamente en ingeniería de modelos, donde los tamaños de cabeza hexagonal más pequeños facilitan la representación de las fijaciones a escala. Como resultado, muchos proveedores de ingeniería de modelos del Reino Unido todavía tienen existencias de sujetadores BA de hasta 8BA y 10BA. 5BA también se usa comúnmente ya que se puede enroscar en una varilla de 1/8. [55]
El Unified Thread Standard (UTS) se usa más comúnmente en los Estados Unidos , pero también se usa ampliamente en Canadá y ocasionalmente en otros países. El tamaño de un tornillo UTS se describe utilizando el siguiente formato: XY , donde X es el tamaño nominal (el tamaño del orificio o ranura en la práctica de fabricación estándar a través del cual se puede empujar fácilmente el vástago del tornillo) e Y son las roscas por pulgada. (TPI). Para tamaños de 1 ⁄ 4 de pulgada y mayores, el tamaño se proporciona como una fracción; para tamaños menores que este, se usa un número entero , que va de 0 a 16. Los tamaños enteros se pueden convertir al diámetro real usando la fórmula 0,060 + (0,013 × número). Por ejemplo, un tornillo n.º 4 tiene 0,060 + (0,013 × 4) = 0,060 + 0,052 = 0,112 pulgadas de diámetro. También hay tamaños de tornillos inferiores a "0" (cero o debería). Los tamaños son 00, 000, 0000, que generalmente se denominan dos debería, tres debería y cuatro debería. La mayoría de los anteojos tienen los arcos atornillados al marco con tornillos de tamaño 00-72 (pronunciado doble debería – setenta y dos). Para calcular el diámetro mayor de los tornillos del tamaño "debería", cuente el número de ceros y multiplique este número por 0,013 y reste 0,060. Por ejemplo, el diámetro mayor de una rosca de tornillo 000-72 es 0,060 – (3 x 0,013) = 0,060 – 0,039 = 0,021 pulgadas. Para la mayoría de los tamaños de tornillos, hay varios TPI disponibles; el más común se denomina rosca gruesa unificada (UNC o UN) y rosca fina unificada (UNF o UF). Nota: En países distintos de Estados Unidos y Canadá, el sistema de rosca métrica ISO se utiliza principalmente en la actualidad. A diferencia de la mayoría de los demás países, Estados Unidos y Canadá todavía utilizan el sistema de rosca unificado (en pulgadas). Sin embargo, ambos están pasando al Sistema Métrico ISO. [ cita necesaria ] Se estima que aproximadamente el 60% de las roscas de tornillo que se utilizan en los Estados Unidos todavía se basan en pulgadas. [21]
Los números estampados en la cabeza del perno se refieren al grado del perno utilizado en determinadas aplicaciones con la resistencia de un perno. Los pernos de acero de alta resistencia suelen tener una cabeza hexagonal con una clasificación de resistencia ISO (llamada clase de propiedad ) estampada en la cabeza. Y la ausencia de marca/número indica un perno de calidad inferior con baja resistencia. Las clases de propiedad más utilizadas son 5.8, 8.8 y 10.9. El número antes del punto es la resistencia máxima a la tracción en MPa dividida por 100. El número después del punto es la relación multiplicadora entre el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción. Por ejemplo, un perno de clase de propiedad 5.8 tiene una resistencia máxima a la tracción nominal (mínima) de 500 MPa y un límite elástico a la tracción de 0,8 veces la resistencia máxima a la tracción o 0,8 (500) = 400 MPa.
La resistencia última a la tracción es la tensión de tracción a la que falla el perno. El límite elástico a la tracción es la tensión a la que el perno cederá en tensión en toda la sección del perno y recibirá una deformación permanente (un alargamiento del cual no se recuperará cuando se elimine la fuerza) de una deformación compensada del 0,2% . La resistencia de prueba es la resistencia utilizable del sujetador. La prueba de tensión de un perno hasta la carga de prueba no debe causar un fraguado permanente del perno y debe realizarse con sujetadores reales en lugar de calcularse. [56] Si un perno se tensa más allá de la carga de prueba, puede comportarse de manera plástica debido a la fluencia en las roscas y la precarga de tensión puede perderse debido a las deformaciones plásticas permanentes. Cuando se alarga un sujetador antes de alcanzar el límite elástico, se dice que el sujetador está operando en la región elástica; mientras que el alargamiento más allá del límite elástico se denomina operación en la región plástica del material del perno. Si un perno se carga en tensión más allá de su límite elástico, la fluencia en la sección de raíz neta del perno continuará hasta que toda la sección comience a ceder y haya excedido su límite elástico. Si la tensión aumenta, el perno se fractura en su máxima resistencia.
Los pernos de acero dulce tienen una clase de propiedad 4.6, que es una resistencia máxima de 400 MPa y un límite elástico de 0,6*400 = 240 MPa. Los pernos de acero de alta resistencia tienen una clase de propiedad 8.8, que es una resistencia máxima de 800 MPa y un límite elástico de 0,8*800 = 640 MPa o superior.
El mismo tipo de tornillo o perno se puede fabricar en muchos grados diferentes de material. Para aplicaciones críticas de alta resistencia a la tracción, los pernos de baja calidad pueden fallar y provocar daños o lesiones. En los pernos estándar SAE, se imprime un patrón distintivo de marcado en las cabezas para permitir la inspección y validación de la resistencia del perno. [57] Sin embargo, se pueden encontrar sujetadores falsificados de bajo costo con una resistencia real mucho menor que la indicada por las marcas. Estos sujetadores de calidad inferior suponen un peligro para la vida y la propiedad cuando se utilizan en aviones, automóviles, camiones pesados y aplicaciones críticas similares. [58]
El Manual de Maquinaria describe eldistinción entre pernos y tornillos de la siguiente manera:
Un perno es un sujetador con rosca externa diseñado para insertarse a través de orificios en piezas ensambladas y normalmente está diseñado para apretarse o soltarse apretando una tuerca. Un tornillo es un sujetador con rosca externa capaz de insertarse en orificios en piezas ensambladas, de acoplarse con una rosca interna preformada o de formar su propia rosca, y de apretarse o soltarse apretando la cabeza. Un sujetador con rosca externa al que se le impide girar durante el montaje y que puede apretarse o soltarse únicamente apretando una tuerca es un perno. (Ejemplo: pernos de cabeza redonda, pernos de oruga, pernos de arado). Un sujetador con rosca externa que tiene una forma de rosca que prohíbe el ensamblaje con una tuerca que tiene una rosca recta de longitud de paso múltiple es un tornillo. (Ejemplo: tornillos para madera, tornillos autorroscantes). [59]
Esta distinción es consistente con ASME B18.2.1 y algunas definiciones del diccionario para tornillo [60] [61] y perno . [62] [63] [64]
Los antiguos estándares USS y SAE definían los tornillos de cabeza como sujetadores con vástagos roscados a la cabeza y los pernos como sujetadores con vástagos parcialmente sin rosca. [65] El gobierno federal de los Estados Unidos hizo un esfuerzo por formalizar la diferencia entre un perno y un tornillo, porque a cada uno se le aplican aranceles diferentes . [66]
tornillo.
