Podría ser esta la continuación de aquella entrada “
de
tornillos y roscas” que tan buena acogida tuvo entre los seguidores del
Más que Máquinas.
ATORNILLADO
El tornillo tiene como función unir dos o más elementos;
las piezas unidas o sujetas por el tornillo se dicen atornilladas y se trata de
una unión que puede ser desmontada con el movimiento opuesto (desatornillar)
Durante la operación de atornillado se aplica una fuerza de
precarga que consigue una fuerza de retención.
Al ejecutar el atornillado la fuerza aplicada determina una
curva (Gráfico 1) que se convierte en herramienta fundamental en el análisis de
un ensamblaje; se trata de la curva de par en el roscado de un tornillo y que registra
los valores de par que se van obteniendo según se incrementa el ángulo de giro
del tornillo:
- Zona de roscado: Valores
de par obtenidos desde el inicio del roscado hasta que la cabeza del tornillo
asienta en la pieza de ensamblaje; en la cual el valor del par de roscado
Tth es el que asegura que la cabeza del tornillo apoya sobre el
material
- Energía de atornillado: área
bajo la curva en la zona de roscado; marca la energía necesaria para atornillar
la pieza. Un área pequeña indica mayor ergonomía del sistema, aunque menor
resistencia al aflojamiento del tornillo por vibraciones
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| Gráfico 1 Curva de par de atornillado (De Celo Screw Technology) |
- Ángulo de roscado: es el
número de vueltas para que el tornillo asiente en la tapa
- Zona de apriete:
valores del par que están comprendidos desde el asentamiento del tornillo en la
tapa hasta que se produce el fallo de alguno de los componentes (se pierde la
compresión)
- Par de apriete óptimo (Ta):
asegura la compresión y evita deformaciones no deseadas en las piezas
- Zona de fallo: son
valores de par que se obtienen cuando ya se ha perdido compresión
- Par de fallo Tf:
es el par a partir del cual un componente del ensamblaje falla e indica el
valor de par máximo permitido en el sistema
Vida útil de un atornillado, fuerza operacional
Una vez realizado el par de apriete entre dos superficies,
se inicia la denominada vida útil del atornillado. A lo largo de esa vida útil se
producirán unas fuerzas operacionales que serán todas las fuerzas estáticas y
dinámicas que actúan sobre las piezas unidas y que intentan separarlas.
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| Método "cuestionable" para evitar el aflojamiento |
La eficacia del atornillado hará que se pueda o no perder
fuerza de unión. Intervendrá mucho en esa magnitud de pérdida de fuerza el tipo
de tornillo que se haya usado; no es lo mismo un tornillo con recubrimiento
superficial que otro sin él; como tampoco es lo mismo un tornillo lubricado que
el mismo tornillo con óxido; y tampoco es igual un tornillo de una métrica u
otra…
PAR Y ÁNGULO DE APRIETE
El control del par de apriete es el proceso más utilizado
en el ensamblaje por uniones atornilladas. En las especificaciones de montaje de
toda ingeniería que se precie, se cuantifican los pares de apriete. Incluso
cuando los requisitos son más estrictos, entonces incluso se especifica, además
del par de apriete, el ángulo de apriete.
El ángulo de apriete significa que el tornillo debe girarse
un ángulo prescrito después de que se haya alcanzado el umbral mediante el par
de apriete consignado.
El ángulo de apriete se reserva para situaciones con
requisitos críticos en seguridad, por ejemplo, es habitual utilizar esta
premisa en los tornillos de culata de los motores. Se trata de un dato que
resulta proporcional a la fuerza de precarga y depende de la rosca del
tornillo.
Tanto el par como el ángulo de apriete se calculan antes
del montaje y queda reflejado en los planos e instrucciones de montaje.
Llave dinamométrica: El par
de apriete es el producto de la fuerza aplicada y la longitud de palanca. Para
proporcionar, cuantificando, un determinado par de apriete es necesario
disponer de una llave dinamométrica. Pero no por tener dicha llave se tiene
garantía de dar el apriete determinado puesto que se debe hacer un buen uso de
la herramienta. En primer lugar, la llave debe estar bien ajustada, pero es que
además se debe aplicar la fuerza en el punto indicado. Si el usuario no agarra
por donde indique el mango de la llave el punto de aplicación de la fuerza se
desplaza y la medición puede ser errónea. Lo habitual es que una buena llave
dinamométrica disponga de un mango ergonómico que sitúe la mano en la posición
correcta. Aunque, justo es decirlo, otras llaves de alta especificación son
capaces de medir el par de apriete independientemente del punto de aplicación
de la fuerza.
LLAVES PARA TUERCAS Y TORNILLOS
Aunque el “universo” de llaves es amplio, se puede
generalizar distinguiendo los tipos de llaves más extendidas, por una parte,
las de tamaño fijo: boca fija; estrella; tubo; torx, allen, y por otra
parte las de tamaño graduable como la inglesa y sus versiones. A partir
de ahí hay variaciones como podrían ser las llaves de carraca o la llave francesa,
las llaves combinadas e incluso se podría considerar también algunos tipos de
alicates como llaves.
Y los de origen inglés otra vez a su
“bola”: En países con
utilización del sistema métrico, el ancho de boca de la llave se indica en
milímetros. Aquellos de “origen inglés” utilizan el sistema imperial y los
anchos de boca van marcados en pulgadas, aunque ojo porque ni ellos se
entienden y mientras los norteamericanos usan la pulgada estadounidense, los
británicos la suya…
Tamaño fijo
Boca fija: Es el tipo de llave
más extendido. Aunque las hay para tornillos de cabeza cuadrada, las más
habituales son con boca para tornillo hexagonal con tamaños que van desde los 6
mm a 35 mm. La boca de la llave generalmente presenta un ángulo de 15-20°,
abrazan la cabeza del tornillo o tuerca por dos flancos. El mango es estrecho y
plano.
Son llaves muy apreciadas porque permiten trabajar en
espacios reducidos, son las más versátiles. La más conocida es la de dos bocas
(llave española)
Su debilidad estriba en que la llave puede resbalar por
tener la boca abierta.
Llaves de estrella: Para
reducir la desventaja de la llave de boca fija se pensó la llave de estrella
que apenas resbala y que además sujeta al tornillo o tuerca en todo el
perímetro.
Suelen hacerse diseños del mango plano o acodado con más o
menos ángulo. Son capaces de transmitir pares de apriete superiores que la
llave fija abierta. Pero efectivamente necesitan más espacio que la llave
abierta.
Son habituales las combinaciones de boca fija y boca
estrella. También se encuentran llaves de estrella con sistema de carraca.
Llave de tubo: En el
extremo del tubo se coloca el contorno hexagonal para adaptarse a la cabeza del
tornillo o tuerca. El ataque al tornillo se hace en vertical. El problema es
que se dispone de muy poco par para la labor de apriete o desenroscado, pero se
suple o bien con un pasador que se introduce en el tubo de forma perpendicular
o con la acción de una llave fija. El hexágono tiene buen asiento y abarca toda
la tuerca.
La desventaja radica en que solamente son útiles en uniones
atornilladas a las que se puede acceder en vertical.
Allen: En España se ha heredado el
nombre norteamericano. Es una llave hexagonal que se utiliza para tornillos
prisioneros y que permite aplicar fuerza en toda la superficie interior de la
cabeza del tornillo, aunque el tornillo Allen no admite mucho par; y tampoco es
apto para uso en exteriores debido a que puede acumular suciedad en el hexágono
interior.
Torx: Es una patente desarrollada
en 1967 por Camcar Textron. Es un tipo de llave Allen con la diferencia que el
tornillo es algo diferente. Con esta llave la fuerza de apriete se transmite
perfectamente centrada y en toda la superficie. Es por tanto un sistema que apenas
sufre desgaste; es también el preferido cuando la función de enroscado la van a
llevar robots.
La carraca: Es un mecanismo que proporciona una gran
ventaja por la libertad de movimiento en sentido contrario; el tornillo se
aprieta sin necesidad de retirar la llave y volverla a colocar. Además, se
dispone de un sistema para cambiar el apriete a izquierda o a derecha.
Lo habitual es que la carraca lleve una
llave de estrella, pero incluso puede estar asociada a una llave inglesa.
Tamaño variable
Llave inglesa: Es una
llave sumamente útil porque tienen boca ajustable, capaz, entre ciertos
límites, de adaptarse a cualquier tornillo; no falta nunca en la caja de
herramientas de cualquier tractor o cosechadora. Un usillo, tornillo sin fin, se
encarga de variar la apertura de boca y ajustar la distancia entre las mordazas
de apriete.
La desventaja reside en que no se puede hacer un ajuste
perfecto, por lo que no servirá para grandes pares de apriete o al hacer un mal
uso de ella puede deformar las cabezas de los tornillos.
Como regla a tener muy en cuenta en el uso de la llave
inglesa, se debe poner siempre la mordaza libre en el sentido de giro.
Llave francesa:
Similar a la llave inglesa; también con boca ajustable, pero a diferencia de la
inglesa, la llave francesa posee dos bocas y una rosca fina que permite mejor ajuste en la sujección. Como curiosidad,
es la figura que aparece en las señales de tráfico que indican taller de
mantenimiento.
Grifa: También se le conoce como Stilson,
y son muy utilizadas en trabajos de fontanería. Es similar a la llave inglesa,
con una mordaza en la que una pinza es móvil y la otra fija. Sus dientes tienen
forma de tornillo de banco y permite apretar tuercas en trabajos de gran
diámetro.
Alicate extensible: No
sirven para grandes tornillos con grandes pares de apriete, pero en muchos
casos nos sacarán de un apuro, y con la ventaja de tener muchos anchos de boca.
Las mordazas de la llave-pinza están alineadas casi en paralelo para garantizar
un agarre seguro de la cabeza del tornillo.
Otras llaves: En realidad hay una enorme diversidad de
llaves, algunas incluso específicas para un uso único: un determinado tornillo
o tuerca. Algunos ejemplos más populares:
- Llave de gancho: O extractor de engranajes es una herramienta
especial utilizada en el apriete de tuercas ranuradas
- Llave almenada o de brida: sirven para apretar tuercas con dos
agujeros. Sus espigas se conectan firmemente con la tuerca, lo que permite
soltarla y apretarla de manera óptima. La más conocida es la que se utiliza en
las amoladoras para fijar el disco de corte
LAS CABEZAS DE TORNILLO MÁS HABITUALES
La clasificación se realiza según las cabezas de tornillo:
ranurados; hexagonal; redonda; avellanada…
Hexágono exterior: En este
caso, toda la cabeza del tornillo, un hexágono, recibe los pares de accionamiento.
Así que, en relación con la rosca de atornillado, el diámetro útil de la cabeza
del tornillo es mayor que en el Allen.
Se pueden accionar tanto “desde arriba” con una llave tubo,
o desde un lado, con llaves estrella o boca fija.
Las tensiones se concentran en los vértices de los flancos,
por lo que, si se usa una llave con cierta tolerancia, puede derivar en
deformación por “redondeamiento”; la precaución es utilizar siempre llaves con
mínima tolerancia para la correspondiente tuerca o tornillo.
Hexágono interior: También
denominado Allen. En su aplicación está la llave Allen de la cual ya hemos
hablado líneas arriba. Se centra de modo sencillo y seguro, originando giros perfectamente
circulares, siendo, además, difícil de que el tornillo “escupa” la llave.
Hexalobular (Torx): La cabeza
del tornillo tiene forma de estrella de 6 puntas. Al igual que el accionamiento
hexagonal, también está disponible con perfil interior y con perfil exterior.
Se trata de la mejor sujeción en comparación al resto de tornillos. Existen
variantes al Torx como es la denominada Torx Plus o la Torx TR a prueba de
manipulación porque solo se puede accionar con la punta adecuada.
Allen-Torx: El tornillo Allen vino a solucionar los
problemas de redondeo de una tuerca cuando se excede en su apriete, pero un
tornillo de Torx mejora la resistencia respecto a un Allen porque tiene mayor
superficie de contacto entre llave y cabeza. A igualdad de peso y material, con
una llave de Torx se puede ejercer mayor par de apriete que con llave Allen.
Para tornillos más pequeños, se puede recurrir a
destornilladores, entonces las cabezas se clasifican en:
Tornillos ranurados: Ha
sido el más tradicional de todos los tornillos; muy usado hasta 1950. Para su
empleo se usa el atornillador de cabeza plana. Actualmente, muchos otros
perfiles lo han superado. El problema del ranurado es que, debido al ancho de
la ranura, no se garantiza que el atornillador asiente justo en el centro y con
un centrado deficiente se corre el riesgo de un atornillado irregular. Además,
los destornilladores tienen riesgo de resbalar en este tipo de ranuras.
Tornillo de estrella: Para
subsanar las deficiencias del tornillo ranurado, un tal Thompson crea, 1933,
los denominados tornillos de estrella (también llamados Phillips porque tras su
invento vendió la patente a la empresa Phillips Screws)
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| Cabezas Torx |
La ventaja de este tornillo es que la estrella obliga a que
sea autocentrante. Es más fácil aplicar el destornillador y se tiene más par
porque el destornillador apenas resbala.
Pozidriv: Una variante a la
ranura de estrella es la denominada Pozidriv, sin embargo, las herramientas no
son compatibles y se pueden dañar las cabezas al usarla de forma errónea. Se
distingue porque el perfil Pozidriv presenta en su centro unas ranuras
adicionales, más pequeñas. Esto les confiere mayor capacidad de transmitir
fuerza que en los Phillips.
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By: Catalán Mogorrón, H.
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