ELEMENTOS DE UNIÓN Y FIJACIÓN

UNIDAD Nº 4

TECNOLOGÍA DE MECANIZADO Y UNIÓN

ELEMENTOS DE UNIÓN Y FIJACIÓN

OCTUBRE 2011

Modulo: Técnicas de Mecanizado para el

Mantenimiento de Vehículos

Tercer año C

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Los elementos roscados se usan extensamente en la fabricación de casi todos los diseños de ingeniería.

Los tornillos suministran un método relativamente rápido y fácil para mantener unidas dos partes y para ejercer una fuerza que se pueda utilizar para ajustar partes movibles.

Definiciones De La Terminología De Roscas

DEFINICIONES

ROSCA: es un filete continuo de sección uniforme y arrollada como una elipse sobre la

superficie exterior e interior de un cilindro.

ROSCA EXTERNA: una rosca hecha sobre la superficie exterior de un cilindro o cono, (de

tornillo).

ROSCA INTERNA: una rosca hecha sobre la superficie interior de un cilindro o cono, (de

tuerca).

ROSCA A LA DER: mirado un tornillo desde la cabeza tiene enrollado su filete hacía la

derecha.

ROSCA A LA IZQ.: mirado un tornillo desde la cabeza tiene enrollado su filete hacia la

izquierda, se designa con L-H.

DIÁMETRO INTERIOR: es el mayor diámetro de una rosca interna o externa. DIÁMETRO DEL NÚCLEO: es el menor diámetro de una rosca interna o externa.

DIÁMETRO EN LOS FLANCOS (O MEDIO): es el diámetro de un cilindro imaginario que

pasa por los filetes en el punto en el cual el ancho de estos es igual al espacio entre los mismos.

PASO: es la distancia entre las crestas de dos filetes sucesivos.

CRESTA: es la arista o superficie que una los flancos o caras de una rosca y que está más

alejada de cilindro o cono de¡ que sobrepasa la rosca.

RAÍZ O FONDO: la arista o superficie que une los flancos o lados del filete adyacente y

que coincide con el cilindro o cono sobre el que sobrepasa la rosca.

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ROSCA CÓNICA: es una rosca tallada sobre un cono. AVANCE: es la distancia que avanzaría

el tornillo relativo a la tuerca en una rotación. para un tornillo de rosca sencilla el avance es igual al paso, para uno de rosca doble, el avance es el doble del paso, y así sucesivamente.

FORMAS DE FILETES DE LAS ROSCAS

DESIGNACIÓN PARA LAS ROSCAS DE TORNILLOS 1.- Designación Básica Rosca Métrica:

Las roscas métricas para tornillos se encuentran designadas por la letra "M" seguida del tamaño nominal (diámetro mayor básico en milímetros) y el paso en milímetros, separados por el signo “x".

Para la serie de roscas ordinarias la indicación del paso debe ser omitida. Ejemplo: Serie de Roscas Ordinarias : M6

Otros Tipos de Roscas : M8 x 1 2.- Designación Completa Rosca Métrica:

Una designación completa para una rosca métrica para tornillos ISO comprende, además de la designación básica, una identificación para la clase de tolerancia.

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Las roscas se clasifican por "series” según el número de hilos por pulgada usados para un diámetro específico.

En las descripciones de las series, las letras “U” y "N" que se emplean en las designaciones son las iniciales de las palabras "UNIFICADA" Y "NACIONAL".

SERIE DE ROSCAS GRUESAS: se designan por "UNC" o "NC", se recomiendan para

uso general.

SERIE DE ROSCAS FINAS: que se designan por "UNF o "NF, se recomienda para

automóviles y de aviación.

SERIE DE ROSCAS EXTRAFINAS: que se designan por "UNEF” o "NEF”, se emplea particularmente en trabajos de aviación, en donde se requiere una rosca de profundidad extremadamente pequeña o un máximo número de hilos en una longitud dada.

SERIE DE 8 HILOS: se designa por "8N', es de paso uniforme que lleva ocho hilos por

pulgada, se emplea para pernos de bridas de tubería de alta presión, culatas de cilindros y sujeciones semejantes contra presión.

SERIE DE 12 HILOS: se designa por “12UN" o "12N", es de paso uniforme que lleva 12

hilos por pulgada, las roscas de diámetro de 1/2 a 1 3/4 pulgadas, se emplean en las calderas, construcción de máquinas para tuercas delgadas, etc.

SERIE DE 16 HILOS: se designa por “16UN" O “16UN", es de paso uniforme que lleva 16

hilos por pulgada, se emplean para aplicaciones que requieren una rosca fina, como los collarines roscados de ajuste y las tuercas de retención para cojinetes.

SERIE DE ROSCAS ESPECIALES: se designan como "UN", "UNS" O "NS", incluyen

combinaciones no estándares o especiales de diámetro, paso y longitud de enrosque. Las roscas se clasifican por "CLASES", la cual se distingue por la tolerancia y discrepancia especificadas para los filetes o roscas de una pieza que encajan, es decir, es el medio de regulación de lo flojo o apretado del ajuste entre los tornillos y tuercas.

CLASES 1A, 2A, 3A: se aplican a roscas exteriores solamente. CLASES 1B, 2B, 3B: se aplican a roscas interiores solamente. CLASES 2 Y 3: se aplican a roscas exteriores e interiores.

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PAIS ABREVIATURA DE

LA NORMA ORGANISMO NORMALIZADOR

Internacional ISO Organización Internacional de Normalización. España UNE Instituto de Racionalización y Normalización. Alemania DIN Comité de Normas Alemán.

Rusia GOST Organismo Nacional de Normalización Soviético. Francia NF Asociación Francesa de Normas.

Inglaterra BSI Instituto de normalización Ingles. Italia UNI Ente Nacional Italiano de Unificación.

América USASI Instituto de Normalización para los Estados de América.

TORNILLOS DE UNIÓN

Todos los productos industriales, etc., se componen de distintas piezas que tienen que mantenerse juntas por algún medio de unión.

Estas, comparadas con los métodos de unión permanente, como la soldadura y el remachado, los tornillos de unión tienen la ventaja de que pueden quitarse, permitiendo así desmontar las partes.

PROFUNDIDAD DE AGUJEROS ROSCADOS

La profundidad de éstos y la longitud de entrada para barras roscadas, tornillos de presión, espárragos, tornillos de cabeza, tornillos de maquinas, etc. y elementos de fijación semejantes, se pueden hallar usando una formula empírica basada en el diámetro de la rosca de unión y en el material por roscarse.

Un tornillo pasante o perno, cuya cabeza forma parte del mismo en un extremo y que lleva una rosca en el otro, atraviesa los agujeros lisos taladrados en las dos piezas a las cuales mantiene oprimidas por medio de una tuerca enroscada en el extremo roscado.

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Un espárrago es una varilla roscada en ambos extremos. en su empleo normal, atraviesa una perforación lisa de una de las piezas y se atornilla permanentemente dentro de un agujero aterrajado o roscado.

TORNILLOS DE CABEZA

Un tornillo de cabeza o común atraviesa un agujero liso hecho en una de las piezas, y se atornilla dentro de un agujero aterrajado de la otra.

La cabeza que parte del tornillo, presiona una de las piezas contra la otra. los tornillos son utilizados en máquinas herramientas y en productos que requieren dimensiones exactas.

PRISIONEROS U OPRESORES

Un tornillo de sujeción o prisionero se atornilla dentro de un agujero aterrajado en la pieza exterior, frecuentemente en un saliente, y aprieta con su punta contra la pieza interna, generalmente un eje.

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Estas se fabrican en dos formas; cuadradas y hexagonales.

Además de la forma corriente relacionada de ordinario con los pernos, hay varios estilos para usos especiales.

Las contratuercas, las tuercas hexagonales ranuradas y las hexagonales encastilladas.

TORNILLOS Y TUERCAS ACABADAS

Estos difieren de los semiacabados en dos cosas; la superficie de apoyo o asiento puede ser refrentada para arandela o producida por doble achaflanado.

FABRICACIÓN DE UNA ROSCA

Para proceder a la fabricación de una rosca se pueden seguir al menos dos caminos: Forjar la rosca a través de peines.

Tornearla o maquinarla usando machos y terrajas. La figura siguiente muestra el proceso de

fabricación de una rosca interior utilizando una broca para perforar el diámetro interior y un macho para cortar el hilo en la pared de la perforación.

Los machos son utilizados para formar hilos interiores, mientras que las terrajas son utilizadas para roscas exteriores.

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Como una unión entre dos piezas, depende tanto del perno como de la tuerca, se han desarrollo distintos métodos para bloquear la salida accidental de la tuerca.

La figura siguiente muestra la utilización de una tuerca auxiliar (contratuerca), para producir una presión sobre la cara superior de la tuerca principal. Se muestra también el uso de arandelas elásticas (golillas de presión) que se ubican entre la tuerca y la pieza, o entre la tuerca y una arandela plana; el objetivo es provocar un mayor roce en la cara inferior de la tuerca. Pueden utilizarse tuercas especiales que tienen cortes para alojar el seguro (tuercas almenadas).

Otra forma de inmovilizar la tuerca es colocar un pasador de aletas en el perno, que debe sacarse para poder remover la tuerca. Esta solución requiere de una perforación en el perno.

Una deformación local de la tuerca provocada por la inserción de un perno de menor tamaño provoca un mayor ajuste y asegura la unión. Finalmente, pueden utilizarse arandelas deformables que se doblan sobre la tuerca, evitando que ésta gire y se suelte.

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Marcado de pernos de acero grado SAE Número de grado SAE Rango del diámetro [inch] Carga de prueba [kpsi] Esfuerzo de ruptura [kpsi] Material Marcado de la cabeza 1 2 ¼ - 1½ ¼ - ¾ 7 /8 - 1½

55 33 74 60 Acero de bajo carbono ó acero al carbono 5 ¼ - 1 11/8 - 1½ 85 74 120 105 Acero al carbono, Templado y Revenido 5.2 ¼ - 1 85 120

Acero de bajo carbono martensítico, Templado y Revenido 7 ¼ - 1½ 105 133 Acero al carbono aleado, Templado y Revenido 8 ¼ - 1½ 120 150 Acero al carbono aleado, Templado y Revenido 8.2 ¼ - 1 120 150

Acero de bajo carbono martensítico, Templado y Revenido

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Propiedades mecánicas de elementos roscados de clase métrica Clase Rango del

diámetro Carga de prueba [MPa] Esfuerzo de ruptura [MPa] Material Marcado de la cabeza

4.6 M5 - M36 225 400 Acero de bajo carbono ó acero al carbono

4.8 M1.6 - M16 310 420 Acero de bajo carbono ó acero al carbono

5.8 M5 - M24 380 520 Acero de bajo carbono ó acero al carbono 8.8 M16 - M36 600 830 Acero al carbono, Templado y Revenido 9.8 M1.6 - M16 650 900 Acero al carbono, Templado y Revenido 10.9 M5 - M36 830 1040

Acero de bajo carbono martensítico, Templado y Revenido

12.9 M1.6 - M36 970 1220 Acero aleado, Templado y Revenido

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MARCAS DE GRADOS DE RESISTENCIA PERNOS DE ACERO MARCA A.S. GRADO RESISTENC IA ESPECIFICACION ALGUNOS USOS RECOMENDADOS Resistencia a la tracción mínima [Kg/mm2] Límite de fluencia mínima [Kg/mm2] DUREZA SAE grado ISO clase ASTM 3,6 Para requerimientos menores de resistencia, metalmecánica, motores eléctricos, línea blanca, electrónica, usos generales. 34 20 53 - 70 Rb J429 grado 1 ¼ " a 1 ½ " 4,6 A307 grado A y B Para requerimientos de resistencia media, construcción de máquinas livianas, automotriz (piezas no afectas a fuertes tensiones), máquinas agrícolas, estructuras livianas. 42 23 70 - 95 Rb 8,8 A449 Para requerimientos de alta resistencia a la tracción, ruedas de vehículos, partes de motores de tracción, cajas de cambio, máquinas herramientas, matrices 80 64 22 - 32 Rc TIPO 1 A325 Para requerimientos de alta resistencia a la tracción y otros, especialmente para juntas estructurales exigidas mecánicamente. Debe trabajar con TU y golilla de la misma calidad Has de 1 1/8 a 1 ½ de 1 1 /8 a 1 - 35 Rc de 1 1 /8 19 - 31 Rc A490 Para requerimientos de alta resistencia a la tracción y alta temperatura. Debe trabajar con TU y golilla de la misma calidad 105 81 32 - 38 Rc GRADO 8 8 10,9 Para requerimientos de alta resistencia a la tracción, flexión, cizalle, etc.

Culata de motores, paquete de resortes, pernos para ruedas vehículos pesados, bielas, etc.