¿Alguna vez se ha preguntado cómo algo tan simple como una rosca de tornillo puede influir en el mundo de la ingeniería? Desde la antigua Grecia hasta la maquinaria moderna, las roscas han sido cruciales para transformar el movimiento de rotación en acción lineal. Este artículo se sumerge en su historia, tipos y normas, desentrañando las complejidades de los perfiles y medidas de las roscas. Descubrirá cómo las roscas desempeñan un papel vital en la fijación y la transmisión de potencia, garantizando la eficacia y la seguridad mecánicas. Prepárese para conocer los fundamentos y complejidades de las roscas y su importancia en el diseño mecánico.
El concepto de la forma helicoidal, fundamental para el enhebrado, se reconoce desde la antigüedad. Ya en el siglo IV a.C., los naturalistas griegos utilizaron este principio en dispositivos para extraer vino y aceite, lo que demuestra una temprana comprensión de la mecánica helicoidal.
Una de las aplicaciones más duraderas de este concepto es el tornillo de Arquímedes, un dispositivo para elevar el agua inventado en el siglo III a.C. Este ingenioso mecanismo sigue utilizándose en los sistemas modernos de gestión del agua y de riego. Este ingenioso mecanismo sigue utilizándose en los sistemas modernos de gestión del agua y de riego, como prueba de su eficacia y sencillez.
Fig. 1 Dispositivo de toma de agua en espiral de Arquímedes que se sigue utilizando en la actualidad
La evolución de la tecnología de roscado experimentó un avance significativo en el siglo XIV, con la aparición de roscas y tornillos artesanales. Estos primeros componentes roscados, aunque rudimentarios, sentaron las bases de futuras innovaciones mecánicas.
La Revolución Industrial marcó un momento crucial en la historia del roscado. A medida que la maquinaria se volvía cada vez más compleja, la necesidad de fijaciones mecánicas fiables crecía exponencialmente. Los pernos, en particular, pasaron a ser cruciales para el montaje y el mantenimiento de diversos equipos industriales.
Al principio, el roscado era un proceso muy laborioso. Las tuercas, los pernos y los tornillos eran fabricados individualmente por artesanos expertos que utilizaban herramientas manuales o tornos básicos. Este método, aunque funcional, tenía importantes limitaciones:
Fig. 2 Hilos hechos a mano hace 200 años frente a hilos modernos hechos a máquina
La necesidad de eficacia y coherencia impulsó el desarrollo de sistemas de roscado normalizados. Varios países empezaron a establecer sus propias normas unificadas, lo que acabó desembocando en esfuerzos de normalización internacional. Esta estandarización revolucionó la fabricación, permitiendo la producción en masa y la intercambiabilidad de piezas entre industrias y fronteras geográficas.
En la actualidad, dos normas principales de medición de roscas dominan la fabricación mundial:
China, en consonancia con las prácticas internacionales, ha adoptado plenamente el sistema métrico decimal. En la fabricación y la ingeniería chinas, las medidas y especificaciones de las roscas se expresan sistemáticamente en milímetros métricos (mm). Esta adopción facilita la integración sin fisuras con las cadenas de suministro mundiales y la adhesión a las normas internacionales de ingeniería.
La historia del roscado refleja tendencias más amplias en el avance tecnológico, la normalización y la cooperación industrial mundial. Desde el antiguo ingenio griego hasta la moderna fabricación de precisión, la evolución del roscado sigue desempeñando un papel crucial en la ingeniería mecánica y el progreso industrial.
Un hilo es una cresta helicoidal continua que se forma enrollándose alrededor de una superficie cilíndrica o cónica en forma de espiral. Esta estructura helicoidal permite convertir el movimiento de rotación en movimiento lineal, facilitando el desplazamiento lineal controlado de objetos.
Las roscas pueden clasificarse en dos tipos principales en función de su geometría superficial:
Roscas cónicas: Creadas sobre superficies cónicas, con un diámetro que cambia gradualmente.
Roscas rectas: Formadas sobre superficies cilíndricas, manteniendo un diámetro constante a lo largo de su longitud.
Fig. 3 roscas rectas y cónicas
Las roscas se clasifican a su vez en externas o internas:
El acoplamiento de roscas exteriores e interiores permite una fijación segura o un accionamiento lineal preciso mediante el acoplamiento rotacional. Este mecanismo de enclavamiento constituye la base de una amplia gama de conexiones mecánicas y aplicaciones de transferencia de movimiento en ingeniería y fabricación.
Una descripción completa del hilo debe incluir al menos cinco elementos, a saber:
El perfil del diente es el factor clave para determinar el uso final de la rosca.
La forma del diente se refiere a la geometría de la rosca.
Las diferentes formas de los dientes determinan si la rosca se utiliza para la conexión o para la transmisión.
En la actualidad, los tipos de diente más utilizados son el triángulo, el trapecio, el diente de sierra y el rectángulo.
La rosca triangular se utiliza principalmente para la conexión, mientras que los otros tres patrones de dientes se utilizan para transmisión de energía.
Fig. 4 Comparación de cuatro tipos de rosca comunes
La rosca triangular consta de dos tipos principales de rosca: rosca ordinaria código M y rosca para tubos código G.
La rosca M es la rosca de unión más utilizada, y se clasifica en dientes gruesos y dientes finos. Los dientes finos suelen emplearse para piezas pequeñas o de paredes finas.
Por otro lado, las roscas para tubos se utilizan para conectar tuberías de agua, gas y otros conductos.
La rosca trapezoidal con código Tr se utiliza para la transmisión de potencia en diversos husillos de máquinas herramienta.
La rosca dentada con código B es capaz de transmitir potencia en una sola dirección.
La figura 5 muestra la clasificación de las roscas según su uso y el tipo de diente.
Fig. 5 Clasificación de los hilos
El tamaño de la rosca suele determinarse por el diámetro nominal. Sin embargo, para las roscas de tubo, el diámetro nominal es el diámetro interior del tubo (en pulgadas), mientras que para otras roscas, es el diámetro mayor (en unidades métricas).
Las roscas exteriores se denotan con la letra "D" mayúscula, mientras que las roscas interiores se denotan con la letra "d" minúscula. El diámetro mayor es el diámetro de un cilindro imaginario tangente a la cresta de una rosca exterior o a la raíz de una rosca interior. A la inversa, el diámetro menor es el diámetro de un cilindro imaginario tangente a la raíz de una rosca exterior o a la cresta de una rosca interior.
El diámetro de paso es un parámetro crucial para conseguir el ajuste y la resistencia de la rosca. Es el diámetro de un cilindro imaginario cuya anchura de diente en la línea de paso es igual a la anchura de diente adyacente.
Fig. 6 Diámetro grande, medio y pequeño de la rosca exterior e interior
El número de hilos se refiere al número de líneas en espiral al formar los hilos, que pueden dividirse en línea simple y línea múltiple.
Por hilo simple se entiende el formado a lo largo de una línea espiral, y por hilo múltiple, el formado a lo largo de dos o más líneas espirales.
Fig. 7 hilo simple y doble
La distancia axial P entre los dos puntos correspondientes de la línea del diámetro de paso de dos dientes adyacentes de la rosca se denomina paso;
En la misma rosca, la distancia axial Ph entre los dos puntos correspondientes de dos dientes adyacentes en la línea del diámetro de paso se denomina avance.
Fig. 8 paso y plomo
Fig. 9 Dirección del hilo
Las normas de roscas vigentes en varios países son principalmente las normas de medición e identificación de roscas de clase 2 en unidades métricas y en pulgadas.
La rosca métrica se adoptó por primera vez en Francia Central entre 1898 y 1908, y después se difundió ampliamente por varios países.
En China, se adopta la norma de rosca métrica GB.
El código de rosca métrica M es aplicable para conectar piezas con un diámetro comprendido entre 0,25 mm y 300 mm.
El ángulo de rosca es de 60°, y la parte superior del diente es plana, lo que facilita el giro, mientras que la parte inferior del diente es un arco circular que aumenta la resistencia de la rosca.
La rosca métrica puede clasificarse en dos categorías: rosca gruesa y rosca fina.
Fig. 10 norma de rosca métrica
Originario de Gran Bretaña, este hilo fue inventado por el británico Joseph Whitworth en 1841, de ahí su nombre.
El ángulo de rosca de este hilo es de 55 °, y la parte superior e inferior del hilo son de arco circular, también conocido como hilo b.s.w.
Fig. 11 Norma británica Norma de rosca Wyeth
La forma de la rosca de este tipo es similar a la de una rosca B.S.W., y el ángulo de la rosca también es de 55°. Sin embargo, tiene un mayor número de hilos por pulgada, lo que resulta en un grosor de hilo más fino y un agarre más fuerte.
Este tipo de rosca se utiliza habitualmente para piezas que requieren raíces fuertes o que deben soportar altos niveles de vibración.
Fig. 12 Norma británica de rosca fina
La rosca American Standard tiene la parte superior e inferior planas, lo que proporciona una buena solidez y resistencia a la tensión.
El ángulo de rosca mide 60° y su especificación se expresa en dientes por pulgada, clasificados en tres niveles: dientes gruesos (NC), dientes finos (NF) y dientes superfinos (NEF).
Fig. 13 Rosca American Standard
El hilo británico, que se utiliza habitualmente en la actualidad, fue desarrollado por Estados Unidos, Gran Bretaña y Canadá.
A diferencia de la rosca American Standard, la rosca británica tiene un ángulo de rosca de 60° y sus especificaciones se expresan por el número de dientes por pulgada. Además, se divide en tres niveles: diente grueso (UNC), diente fino (UNF) y diente ultrafino (UNEF).
Fig. 14 normas de rosca unificadas de Estados Unidos, Gran Bretaña y Canadá
Es la rosca estándar determinada por din en Alemania.
La rosca es redonda, adecuada para la conexión de bombillas y tubos de goma.
El código del hilo es Rd.
Fig. 15 Norma alemana DIN de rosca redonda
La rosca trapezoidal, también conocida como rosca acme, es una rosca especial de transmisión que puede ajustarse mediante tuerca tras el desgaste.
El ángulo de la rosca cuando se utiliza la norma de rosca métrica es de 30 °, y el ángulo de la rosca cuando se utiliza la norma de rosca británica es de 29 °.
Fig. 16 Rosca trapezoidal Tr
Según la norma GB de China, la unidad de medida para el marcado de roscas ordinarias es el milímetro. La primera letra indica el código de la rosca, mientras que el segundo dígito representa el diámetro nominal, también conocido como diámetro mayor de la rosca. Los símbolos restantes representan el código de tolerancia, el código de longitud del tornillo y el código de dirección del tornillo, respectivamente.
Es obligatorio marcar el paso fino, mientras que el paso grueso puede omitirse.
Fig. 17 marcado del contenido de 5 partes de hilo ordinario
Notas de código de cada parte:
El código de característica representa el tipo de rosca, con M representando una rosca ordinaria. El código de tamaño indica el diámetro nominal × el paso. Por ejemplo, 8X1 significa que el diámetro nominal es 8 y el paso es 1.
El código de la zona de tolerancia comprende un grado de tolerancia (número) y una desviación básica. La rosca exterior se representa con letras minúsculas y la rosca interior con letras mayúsculas.
El código de longitud de atornillado utiliza L, N y s para representar largo, medio y corto, respectivamente. Cuando la rosca es de longitud de atornillado media, no se marca el código N.
El código del sentido de giro está marcado con LH para la rosca izquierda y no está marcado para la rosca derecha.
Ejemplo de interpretación
Ejemplo 1: ¿qué rosca representa M20x1,5LH-5g6g-S?
Ejemplo 2: ¿a qué tipo de rosca se refiere B36x14 (P7) -7H-L?
Ejemplo 3: ¿cómo representar la rosca simple izquierda rosca fina rosca ordinaria con diámetro nominal de 20 y paso de 1,5?
La rosca puede personalizarse mediante tres métodos: torneado por control numérico, fresado con varillaje de tres ejes y roscado y roscado.
Método 1 Torneado NC
Torneado NC con herramienta de torneado es el método de procesamiento personalizado más utilizado para piezas únicas y lotes pequeños de piezas roscadas debido a su estructura sencilla.
Fig. 18 mecanizado a medida de la rosca de torneado
Método 2 Fresado NC
En general, el fresado se realiza con fresas de disco o fresas de peine.
Las fresas de disco se utilizan principalmente para el fresado de roscas exteriores trapezoidales en piezas como vástagos de tornillos y tornillos sin fin. Por otro lado, las fresas de peine se emplean para fresar roscas interiores y exteriores ordinarias o roscas cónicas.
Fig. 19 procesamiento personalizado de la rosca de fresado NC
Método 3 roscado y roscado
El roscado consiste en utilizar un par de apriete determinado para atornillar el macho en el orificio inferior pretaladrado de la pieza, con el fin de procesar la rosca interna requerida.
Fig. 20 Golpeteo
El roscado es un método de conformación que consiste en cortar una rosca exterior en una pieza de trabajo con una matriz.
Fig. 21 Roscado
Por un lado, la precisión del roscado y el roscado depende de la precisión del macho o la terraja utilizados, mientras que, por otro, también depende de la experiencia del operario que realiza la tarea.
Para varias roscas internas no estándar de diámetro pequeño, el roscado es el único método viable de procesamiento.
El roscado puede realizarse manualmente o con máquinas como los tornos, perforación máquinas roscadoras o roscadoras.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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