Roscado
La superficie roscada es una superficie helicoidal, engendrada por un perfil determinado, cuyo plano contiene el eje y describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor de este eje.[1]
El roscado se puede efectuar con herramientas manuales o se puede efectuar en máquinas tanto taladradoras y fresadoras, como en tornos. Para el roscado manual se utilizan machos y terrajas.
Los machos y terrajas son herramientas de corte usadas para mecanizar las roscas de tornillos y tuercas en componentes sólidos tales como, metales, madera, y plástico.
Un macho se utiliza para roscar la parte hembra del acoplamiento (por ejemplo una tuerca). Una terraja se utiliza para roscar la porción macho del par de acoplamiento (por ejemplo un perno).
En las industrias y talleres de mecanizado es más común roscar agujeros en el cual se atornilla un perno que crear el tornillo que se atornilla en un agujero, porque generalmente los tornillos se adquieren en las ferreterías y su producción industrial tiene otro proceso diferente. Por esta razón los machos están más a menudo disponibles y se utilizan más.
Para las grandes producciones de roscados tanto machos como hembras se utiliza el roscado por laminación cuando el material de la pieza lo permite.
Características de una rosca
- Tipo de rosca: Hay diferentes tipos de rosca que difieren en la forma geométrica de su filete, pueden ser triangulares, cuadrada, trapezoidal, redonda, diente de sierra, etc.
- Paso: Es la distancia que hay entre dos filetes consecutivos. Los pasos de rosca están normalizados de acuerdo al sistema de rosca que se aplique.
- Diámetro exterior de la rosca: Es el diámetro exterior del tornillo. También están normalizados de acuerdo al sistema de rosca que se utilice.
- Diámetro interior o de fondo
- Diámetro de flanco o medio
- Ángulo de la hélice de la rosca
- Los sistemas principales de roscas para tornillos son: METRICA, WHITWORTH, SELLERS, GAS, SAE, UNF,etc. en sus versiones de paso normal o de paso fino[2]
Machos de roscar manualmente
Se denomina macho de roscar a una herramienta manual de corte que se utiliza para efectuar el roscado de agujeros que han sido previamente taladrados a una medida adecuada en alguna pieza metálica o de plástico.
Existen dos tipos de machos: de una parte los machos que se utilizan para roscar a mano y de otra los que se utilizan para roscar a máquina.
- El macho de roscar tiene que pertenecer a un sistema de roscas determinado y tener definido su diámetro exterior y el paso de la rosca que tiene.
- El roscado a mano consta de un juego de tres machos que tienen que pasarse sucesivamente de la siguiente forma.
- El primer macho es el que inicia y guía la rosca. Tiene una entrada muy larga en forma cónica y ningún diente acabado
- El segundo macho desbasta la rosca. Tiene una entrada media con dos hilos completos
- El tercer macho acaba y calibra la rosca. Entrada corta.(También se puede emplear como macho de máquina)
Estos machos llevan una mecha cuadrada en una punta para poderlos sujetar y hacerlos girar con un portamachos que hace de palanca de giro.
El diámetro de la broca que hay que taladrar previamente el agujero antes de roscar suele ser el diámetro interior del macho, o sea el diámetro nominal de la rosca menos el paso de la rosca: .
Esta fórmula es válida para aceros medios. En caso de aceros duros o muy abrasivos el diámetro del agujero debe ser mayor para evitar el estrangulamiento y rotura del macho.
El roscado manual se utiliza en mantenimiento industrial y mecánico para repasado de roscas, en instalaciones y montajes eléctricos, etc.
Machos para roscado a máquina
El roscado industrial o en serie se realiza con machos de roscar a máquina.Hay tres tipos principales
Macho con canal recto:Se emplea para roscas pasantes o ciegas de hasta 1xD de profundidad en materiales de viruta corta.Enseguida se emboza.
Macho con canal helicoidal a derechas:Para agujeros ciegos la helice-entre 15 y 45º dependiendo del material y la profundidad-ayuda a evacuar la viruta de la zona de corte.Es el más frágil
Macho con canal helicoidal a izquierdas y corte a derechas:Empleado para roscar agujeros que tengan un corte interumpido, ej.:chaveteros longitudinales, agujeros transversales.La viruta va en dirección del avance del macho evitando quedarse atrapada entre las paredes del orificio y los dientes del macho.
Macho recto con entrada corregida:Para agujeros pasantes.La viruta es impulsada hacia adelante.Los canales son más estrechos ya que solo cumplen la función de acceso de taladrina.Son los más robustos
Durante el año 2006 se fabricaron 120 millones de machos en todo el mundo, un 20% para aplicación manual.
Terrajas de roscar a mano
Una terraja de roscar es una herramienta manual de corte que se utiliza para el roscado manual de pernos y tornillos, que deben estar calibrados de acuerdo con las característica de la rosca que se trate. El material de las terrajas es de acero rápido (HSS). Las características principales de un tornillo que se vaya a roscar son el diámetro exterior o nominal del mismo y el paso que tiene la rosca.
- Existe una terraja para cada tipo de tornillo normalizado de acuerdo a los sistemas de roscas vigentes.
- Las terrajas se montan en un útil llamado portaterrajas o brazo bandeador, donde se le imprime la fuerza y el giro de roscado necesario.
- Los tornillos y pernos que se van a roscar requieren que tengan una entrada cónica en la punta para facilitar el trabajo inicial de la terraja.
La calidad del roscado manual, con terraja es bastante deficiente, y por eso se utilizan los métodos de laminación por rodillo en los procesos industriales.
Fresado de roscas en agujeros
En los modernos centros de mecanizado (CNC) se ha hecho posible el mecanizado de roscas con herramientas diferentes a los machos clásicos, haciendo posible programar todo tipo de roscas que se deseen realizar de una forma sencilla y económica.
La fresa de roscas puede llevar la rosca más cerca del fondo de un orificio ciego, y puede mecanizar roscas en orificios grandes con facilidad; incluso puede roscar en una misma pieza agujeros de diferentes dimensiones.
Las condiciones tecnológicas del fresado de roscas permiten trabajar con velocidades de corte y avance muy superiores al roscado con macho, y además poder roscar materiales de mayor dureza.
Una fresa de roscar puede ser diseñada para realizar una variedad de operaciones en los orificios. Una sola herramienta puede taladrar un orificio, hacerle un chaflán, mecanizar la rosca y ranurar el final de la rosca.
Un macho solo puede producir "el sentido" de la rosca —derecho o izquierdo— que ha sido tallado en la herramienta. Pero un simple cambio en la programación CNC puede permitirle a la fresa producir una rosca izquierda o derecha.
Cuando un orificio es ciego, el macho solo puede llegar hasta el fondo. La punta cónica del macho hará tope allí, dejando hilos de rosca incompletos -de 2 a 3- en el resto de la profundidad del orificio. Una fresa de roscar, con su punta plana, no tiene ese problema. Puede mecanizar roscas completas a mayor profundidad, más cerca de la parte inferior del mismo orificio ciego.
El control de las virutas mejora mucho con el fresado de roscas. Como en cualquier operación de fresado, en el fresado de roscas se producen virutas cortas y partidas con una mejor evacuación.
Otra gran ventaja es que, a diferencia del macho, la fresa de roscar se puede ajustar radialmente para conseguir una tolerancia distinta de la teórica o para alargar la vida de la herramienta.
Torneado de roscas
El torneado de roscas tanto en ejes u otros componentes exteriores como en roscado interior de agujeros es muy común y actualmente resulta rápido, seguro y eficaz si se realiza en tornos CNC, y con las herramientas de metal duro con plaquita intercambiable que ya tienen adaptado el perfil de la rosca que se trate de mecanizar. Estas plaquitas están disponibles actualmente en los sistemas de roscas más comunes.[3]
Los intervalos de avance de la máquina son el factor clave para el torneado de roscas ya que debe coincidir con el paso de las mismas. Esto se consigue fácilmente con las pautas de programación que tienen los tornos CNC.
El torneado de roscas con plaquitas intercambiables se realiza de varias pasadas de corte a lo largo de toda la longitud de la rosca, mediante la división de la profundidad total de la rosca en pequeñas pasadas.
Los factores a considerar en el torneado de roscas son:
- Que el diámetro exterior o el diámetro del agujero de la rosca sea el correcto
- Que la herramienta de corte esté colocada con precisión.
- Que el reglaje del filo esté de acuerdo con el paso de la rosca
- Que la geometría de corte de la rosca sea correcta
- Que el ángulo de incidencia sea correcto
- Que el programa de roscado sea el adecuado
- Optimizar el número de pasadas que se van a realizar
- Que la velocidad de corte sea la adecuada
Roscado de pernos y tornillos por laminación
En las grandes producciones de elementos roscados se procede a producir las roscas por laminación en vez de hacerlo por arranque de viruta. Contrariamente al roscado por arranque de viruta, las fibras del material no están cortadas, sino desplazadas. Las ventajas que ofrece el sistema de rosca por laminación son:
- Tiempo de fabricación muy corto.
- Gran durabilidad de las herramientas.
- Aprovechamiento más racional de las máquinas.
- Manejo simple.
Las velocidades de laminación de 20 a 90 m/min. son mucho más altas que las velocidades de corte en el roscado. Por ejemplo, los cabezales de peines de roscar rara vez permiten velocidades superiores a los 10 m/min. De este modo, en ciclos de producción integrados, el tiempo de roscado por laminación siempre será mucho menor.
El roscado por laminación se puede realizar en un simple torno cilíndrico. Asimismo, los cabezales pueden montarse en tornos revólver, tornos automáticos, tornos multihusillos, centros de mecanizado y tornos CNC, donde el tiempo de roscado no condiciona en absoluto el tiempo del ciclo del trabajo y se realiza en general sin problemas.
El diámetro previo de la caña no corresponde al diámetro nominal o exterior de la rosca como en el roscado por arranque de viruta, sino al diámetro de los flancos de la rosca y tiene una gran precisión par aevitar sobrantes de material. En muchas piezas esto significa un importante ahorro de material y evita todos aquellos problemas ligados a la presencia de viruta.
La Norma UNE-EN ISO 7085:2000 define las características mecánicas y funcionales de los tornillos de laminación de rosca métrica, cementados y revenidos.
Rectificado de roscas
Las roscas tanto exteriores como interiores cuando es necesario que tengan mucha precisión se pueden rectificar con rectificadoras de última generación CNC. Las características principales de estas máquinas rectificadoras son:
- Alta precisión y excelente fiabilidad
- Cálculo automático del perfil de la muela y trayectoria del diamantado
- Posibilidad de rectificar pasos largos
- Generación de diferentes perfiles:métrico, withworth, trapezoidal, etc.¨
- Fácil manejo. El interface del operario está compuesto por pantallas gráficas.
El software de las rectificadoras CNC consiste en un conjunto de subprogramas, todos ellos gestionados por medio de un programa principal parametrizado.
Gestión económica del roscado
Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado.
La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado. Para reducir el coste del roscado y del mecanizado en general se ha actuado en los siguientes frentes:
- Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos térmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecánicas de dureza y resistencia principalmente.
- Conseguir herramientas de mecanizado de una calidad extraordinaria que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnológicas del mecanizado, o sea, más revoluciones de las herramientas de roscar, y más tiempo de duración de su filo de corte.
- Conseguir métodos de roscar, más rápidos, precisos y adaptados a las necesidades de producción que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado así como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia más estrechas.
Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo en los sistemas de roscado, disminuyendo drásticamente el roscado manual, y construyendo máquinas automáticas muy sofisticadas o guiados por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.
La fabricación de tornillos y tuercas estandarizadas están muy automatizadas y se fabrican en tiempos muy cortos y por tanto son baratas de adquirir, sin embargo el roscado de agujeros ya sean ciegos o pasantes, resultan caros porque previamente a roscar hay que proceder a realizar el taladro del agujero que corresponda de acuerdo con las características de la rosca. Si este supuesto no se tiene en cuenta puede resultar muy onerosa el roscado de las piezas.
Verificación y medición de roscas
Existen dos medios diferentes para medir o verificar una rosca los que son de medición directa y aquellos que son de medición indirecta.
Para la medición directa se utilizan generalmente micrómetros cuyas puntas están adaptadas para introducirse en el flanco de las roscas. Otro método de medida directa es hacerlo con el micrómetro y un juego de varillas que se introducen en los flancos de las roscas y permite medir de forma directa los diámetros medios en los flancos de acuerdo con el diámetro que tengan las varillas.
Para la medición indirecta de las roscas se utilizan varios métodos, el más común es el de las galgas, para roscas hembras como roscas machos. Con estas galgas compuesta de dos partes en las que una de ellas se llama PASA y la otra NO PASA.
También hay una galga muy común que es un juego de plantillas de los diferentes pasos de rosca de cada sistema, donde de forma sencilla permite identificar cual es el paso que tiene un tornillo o una tuerca. En laboratorios de metrología también se usan los proyectores de perfiles ideales para la verificación de roscas de precisión.
Fallos y defectos de las roscas
Como todo componente tecnológico el fallo inicial que puede presentar una rosca sea un defecto de cálculo y diseño. Porque no se haya elegido bien las dimensiones de la rosca, el sistema adecuado y el material adecuado. Este fallo conlleva un deterioro prematuro del apriete incluso un deterioso súbito al momento de efectuar el apriete.
Un segundo defecto que puede presentar un elemento roscado es el deterioro de la rosca si resulta atacado por la corrosión u oxidación, como consecuencia puede ir perdiendo la presión de apriete y origine un aflojamiento del conjunto causando una posible avería.
Un tercer defecto o fallo se puede originar en el momento del apriete si se supera el par de apriete límite que tenga el elemento roscado, produciéndose una laminación del elemento menos resistente que forma la unión.
Referencias
Bibliografía
- Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.
- Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.
- Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant 2005.10.
- Micheleti (1982). Mecanizado por arranque de viruta.
- Casbas, José Luis (2005). Roscado.Manual practico de taller.
Véase también
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Roscado.- Destornillador
- Llave (herramienta)
- Tornillo
- Tuerca
